应变速率对强塑性变形晶粒细化的影响

摘要

采用强烈塑性变形(SPD)方法尤其是等通道转角挤压(Equal-ChannelAngularPressing简称ECAP)制备块体超细晶/纳米晶材料具有清洁致密等优点而受到越来越多的关注。 本文在常温下以不同应变速率经Bc路径进行ECAP挤压成功地制备出纯铝及纯铜的超细晶材料。并发现随着应变速率增大，纯铝及纯铜的晶粒细化更加明显。 将经ECAP挤压后获得的纯铝饱和晶粒与相应等效应变速率下常规压缩变形～6％后产生的位错胞状组织比较发现，相同应变速率下两种组织的尺寸呈一定正比关系。由于纯铝层错能较高，晶粒细化以位错滑移机制为主。即首先在应力作用下发生位错增殖、缠结形成位错胞，随着位错在胞壁缠绕，位错胞壁逐步转化为亚晶界，进一步挤压使亚晶粒转化为大角晶粒，最终导致晶粒细化。另外位错胞的形成是运动位错相互缠结阻塞的结果，如果运动位错在某运动距离范围内不遇到别的位错或其它障碍，则可自由运动，我们认为可以将各个位错在遇到其它位错之前自由运动的平均距离称为位错运动自由程。因此位错运动自由程决定了位错胞的尺寸而最终决定晶粒细化的程度，并且该结论在本实验中也得到进一步证明。此外实验结果表明，位错运动自由程与应变速率有关，即应变速率越大位错运动自由程越小，形成的位错胞越小，最终经ECAP挤压获得的最小晶粒尺寸越小。 而以纯铜作类似比较发现，纯铜的饱和晶粒尺寸远小于相应等效应变速率下常规压缩变形～6％后产生的位错胞尺寸。由于纯铜层错能较低，存在位错运动与机械孪生两种晶粒细化机制。经ECAP实验表明，纯铜在晶粒细化过程中首先发生位错缠结形成位错胞，位错运动受阻产生一定的应力集中，发生机械孪生，同时改变晶粒取向以适应滑移要求，从而使晶粒细化机制再一次转变为以位错运动为主。此时孪晶已在横轴方向显著细化，使位错运动自由程的作用更加明显。最终仍导致应变速率越高的饱和晶粒尺寸越小。 此外由于纯铁强度较高，受实验条件所限，本文仅对纯铁进行了常规压缩变形～6％的分析，结果表明层错能较高的纯铁，形成的位错胞尺寸同样也与应变速率有关，且位错胞尺寸随应变速率的增大而减小。

目录

文摘

英文文摘

声明及关于学位论文使用权的说明

第一章绪论

第二章实验方法及实验过程

第三章高层错能金属变形后组织结构观察与分析

第四章纯铜变形后组织结构观察与分析

第五章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文