ECAP超细晶铜动态剪切性能及软化机理研究

摘要

随着科学技术进步和经济发展对材料综合性能的要求也越来越高。晶粒细化是材料强韧化的机制之一,通常把晶粒尺寸为100-1000nm的材料,称为超细晶材料,由于超细晶材料具有细小的微观组织,具备独特的力学性能和应用前景。超细晶材料的制备方法和力学性能的研究已成为材料科学领域的热点。 为研究通过等径通道挤压法(ECAP)制备的超细晶铜的结构的热稳定性及其对材料动态力学性能的影响。本文利用Hopkinson压杆及MTS液压伺服试验机对ECAP超细晶铜和原始铜帽型剪切试样进行应变控制加载,结合图像数字相关法及“冻结”回收试样的微观和XRD分析,对其动态剪切变形行为及微观组织演化开展研究。结果显示： (1)ECAP超细晶铜较原始粗晶铜动态剪切屈服强度及流动应力提高,与准静态相比具有显著的应变率强化效应。ECAP超细晶铜在准静态剪切下具有应变硬化特征,但在高应变率下剪切应力-应变曲线屈服后立即发生应变软化,其应变硬化率为负值；因此,ECAP细晶铜在冲击下易发生绝热剪切失稳破坏。 (2)微观组织显示,ECAP超细晶铜在剪切应变为0.14时即产生绝热剪切带,带内为再结晶的等轴细晶粒,随应变发展,再结晶带变宽,并且再结晶晶粒长大。动态再结晶是导致ECAP超细晶铜在高应变率剪切变形时发生应变软化的原因,按塑性功计算的高应变率下动态再结晶温度为325k。 (3)ECAP后的超细晶铜在准静态剪切下具有应变硬化特征,但在高应变率下剪切应力-应变应变曲线呈软化特征；高加载率下产生动态再结晶的绝热剪切带是导致应变硬化率为负的原因。同一应变率下超细晶铜剪切区再结晶的宽度与应变呈线性关系；随着应变率的增加超细晶铜的屈服强度和流动应力也越来越大,应变硬化率随着应变率的增加越来越小。 (4)同一应变下随着应变率的提高,剪切带的宽度越来越宽；同应变率下绝剪切带宽度随着应变的增加越来越宽；并且同一剪应变下应变率越高剪切带宽度越窄。并且证明再结晶优先形成于剪切带的中间位置,随着应变的的发展不断的向两侧扩展。

目录

声明

1绪 论

1.1研究背景及意义

1.2大塑性变形超细晶金属材料的制备简介

1.2.1等径通道挤压法(ECAP)

1.2.2累积叠轧(ARB)

1.2.3高速扭转法(HPT)

1.2.4化学气相沉积法(CVD)

1.3 ECAP超细晶材料的组织结构

1.3.1 ECAP超细晶的组织特征

1.3.2 ECAP道次对微观组织的影响

1.4 ECAP超细晶力学性能研究进展

1.4.1准静态力学性能研究

1.4.2超细晶材料的动态力学性能

1.5 ECAP超细晶材料的绝热剪切现象

1.5.1绝热剪切现象

1.5.2超细晶材料中的绝热剪切现象

1.5.3 ECAP材料的再结晶机制

1.6本论文的主要研究内容

2.1引言

2.2实验方法及材料

2.2.1实验方案

2.2.2试样材料

2.3 Hopkinson帽型动态剪切实验

2.3.1帽型试样设计

2.3.2 动态帽型剪切实验原理及测试

2.3.3应变数字图像相关法测量(DIC)

2.3.4剪切应变测试分析

2.4微观组织测试技术

2.4.1 光学显微镜分析(OM)

2.4.2 X射线衍射分析(XRD)

2.4.3透射电子显微镜(TEM)

2.4.4双束扫描电镜(FIB)

2.5本章小结

3.1引言

3.2剪切实验结果及分析

3.2.1动态剪切性能

3.2.1不同应变率的实验研究

3.3压缩实验结果及分析

3.4本章小结

4.1引言

4.2剪切带组织微观特征

4.2.1 XRD分析

4.2.2金相组织分析

4.2.3聚焦离子束分析

4.2.4纳米压痕硬度分析

4.3剪切带宽度演化

4.3.1随应变发展演化

4.3.2应变率的影响

4.3.3分析讨论

4.4本章小结

5.1引言

5.2绝热温升的影响

5.3动态再结晶模型

5.4本章小结

6.1引言

6.2等效应力应变分析

6.3微观对比分析

6.4相关实验分析

6.5本章小结

7.1全文总结

7.2工作展望

参考文献

在学研究成果

致谢