双晶铜单向拉伸塑性变形机制的原位研究

摘要

铜及其合金是工业领域中受到广泛应用的金属结构材料，服役过程中在动、静载荷的作用下受力情况复杂。双晶的变形行为是理解多晶材料力学行为的基础，可以为研究多晶铜的塑性变形提供实验和理论基础。 利用原位扫描电镜技术（In-situ SEM）结合数字图像相关方法(DIC)研究双晶铜样品在塑性变形过程中滑移带的演化行为。研究结果表明，晶界及晶粒取向对滑移带的产生及演化具有重要影响。正应变场Exx显示两晶粒内部、晶界附近分别有单、双系滑移开启，滑移带会造成局部不均匀变形，随着应变量的增加，滑移带的数量增多而强度下降，变形趋于均匀化。软取向晶粒[50-1]倾向于单系滑移，滑移带数量多且分布均匀；硬取向晶粒[1-53]倾向于多系滑移，滑移带数量少且强度较高。软取向晶粒比硬取向晶粒的平均正应变Exx大，它们之间的差别在8％的拉伸应变后随着应变的增加而被放大，晶界产生更高的协调应力，使得晶界附近的剪应变Exy开始急剧增加。剪应变场Exy幅值远小于正应变场Exx幅值，晶界附近区域的剪切应变值Exy高于晶粒内部。 利用原位电子背散射衍射技术（In-situ EBSD）研究双晶铜样品在塑性变形过程中的晶粒转动行为。研究结果表明，晶界及晶粒取向对晶粒的转动产生重要影响。25%应变前不同区域均发生明显转动，25%应变后，晶粒转动主要发生在晶界附近。软取向晶粒内部区域的晶粒取向由[112]方向转向[001]-[111]连线方向，局部晶粒转动轨迹符合Sachs模型；晶界两边的局部晶粒转动轨迹与Sachs模型、Taylor模型均不相符；硬取向晶粒内部的取向始终处于[001]方向，转动轨迹符合Taylor模型。晶界附近的剪切应变影响局部晶粒的转动行为，而晶粒的局部转动会改变双晶铜样品内部的Schmid因子分布状态。几何必须位错图和EBSD衬度分布图显示在变形过程中晶界处的变形最不均匀。

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摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 金属铜的物理性质

1.3 金属铜的微观组织研究

1.3.1 晶粒取向

1.3.2 晶界类型

1.4 金属铜的塑性变形机制研究

1.4.1 塑性变形的滑移机制

1.4.2 滑移对晶粒转动的影响

1.5 原位测试技术的研究现状

1.5.1 原位扫描电子显微镜技术(In-situ SEM)

1.5.2 原位电子背散射衍射技术（In-situ EBSD）

1.6 选题的意义和研究内容

第2章 实验技术与方法

2.1.1 实验样品制备

2.1.2 实验方案

2.2 实验技术及原理

2.2.1 电子背散射衍射（EBSD）技术

2.2.2 数字图像相关处理

2.2.3 原位测试技术

第3章 双晶铜样品在单轴拉伸过程中滑移带的演化情况研究

3.1.1 小应变量（2%）下滑移带的演化规律

3.1.2 大应变量（10%）下滑移带的演化规律

3.2 积累型数字图像相关处理（DIC）结果

3.3 本章小结

第4章 双晶铜样品在单轴拉伸过程中晶粒取向转动行为的原位EBSD研究

4.1 变形过程中双晶铜的晶粒取向研究

4.1.1 不同应变状态下双晶铜的取向分布规律

4.1.2 塑性变形过程中局部晶粒的转动行为

4.2 变形过程中Schmid因子的变化规律

4.2.1 不同应变状态下Schmid因子的分布规律

4.2.2 应变分布与晶粒转动的关系

4.3 几何必须位错密度随应变的变化规律

4.4 塑性变形过程中样品小角度晶界的分布情况研究

4.5本章小结

结 论

致 谢

参考文献