动态等径角挤压高纯铝中孪晶形成及其后续变形行为研究

摘要

铝合金因高的比强度被广泛用于轻量化工业生产中，如航天航空，交通运输和电力等行业。孪晶作为一种特殊取向的晶粒及其孪晶界对材料的性能有着很大的影响，本文主要研究经动态等径角挤压(dynamic equal channel angular pressing，D-ECAP)后高纯铝中退火孪晶形成、长大和演化的机理，以及退火孪晶影响纯铝变形的机制。　　因高应变率和大塑性剪切变形的特点，D-ECAP具有比等径角挤压(Equal channel angular pressing)更强细化晶粒的能力，高纯铝在D-ECAP挤压过程中能同时产生形变孪晶和退火孪晶。通过退火实验研究了经D-ECAP挤压后高纯铝中退火孪晶形成、长大以及演化的特点。研究结果表明：高纯多晶铝中退火孪晶的形成存在一种新的机制—再结晶开始时，形成了两个不同取向的晶粒，其中一个晶粒与变形基体的取向关系为35°-50°〈110〉，另一个晶粒与变形基体的取向关系为30°-45°〈100〉，30°-45°〈100〉取向晶粒晶界移动速率高于35°-50°〈110〉。当两个晶粒相遇时形成Σ360°〈111〉孪晶界，当其中一个晶粒继续演化包围另一个晶粒时，完整的退火孪晶形成。退火孪晶的长大是在形变储存能的驱动下进行的，当退火孪晶与变形基体取向差接近40°〈111〉时，可能导致退火孪晶的异常长大。退火孪晶界的稳定性高于普通大角度晶界但局部曲率高的孪晶界移动性较高，使得孪晶界曲率较高部分在退火过程中容易变得平滑。　　经过探索表面散斑的制备工艺，在孪晶铝表面制备出了能同时表征电子背散射衍射(EBSD)和进行数字图像分析(DIC)分布均匀且分辨率高的散斑。结合EBSD表征和DIC分析表面应变场的结果，分别讨论了共格/非共格孪晶界与滑移系的相互作用以及孪晶在变形过程中的协调作用。研究结果表明：当镀Ag膜时间为20s，NaCl溶液浓度为4wt.%，浸泡时间为240min时，能得到分布均匀且分辨率高的散斑。由于共格/非共格孪晶打破了基体点阵排列的周期性，故对变形起着阻碍的作用；在高纯孪晶铝的变形过程中，施密特因子大于0.3的滑移系更容易启动。此外，残余伯氏矢量值以及孪晶界面类型也会影响孪晶界两侧滑移系的启动顺序，非共格孪晶界两侧最先启动的滑移系残余伯氏矢量值最小；而共格孪晶界由于晶体的对称性较好，即使两侧滑移系残余伯氏矢量值较大，滑移系也能最先启动。孪晶的协调作用主要体现在两个方面：第一，局部变形的协调，同一晶粒内部，不同的孪晶界能够协调孪晶与基体的取向，从而优先开启残余伯氏矢量值较小的滑移系；第二，高应变量下的协调变形，当应变量逐渐增加时(~14%)，孪晶内部通过开启其它滑移系来促进整体变形，导致孪晶的平均应变大于周围基体。

目录

声明

第1 章绪论

1.1 引言

1.2 剧烈塑性变形方法简介

1.2.1 累积叠轧焊技术

1.2.2 高压扭转技术

1.2.3 等径通道转角挤压

1.3 工艺参数对ECAP 的影响

1.3.1 模具设计的结构参数

1.3.2 挤压工艺路径的影响

1.3.3 挤压道次的影响

1.3.4 挤压温度的影响

1.3.5 动态等径角挤压

1.4 孪晶界形成简介

1.4.1 形变孪晶

1.4.2 退火孪晶

1.5 孪晶变形强化机制

1.6 选题的意义及研究内容

第2 章实验技术与方法

2.1 试验材料及制备

2.2.1 实验设备

2.2.2 实验过程

2.3.1 EBSD工作原理简介

2.3.2 EBSD技术的应用

2.3.3 EBSD样品制备

2.4 Al中退火孪晶单轴压缩变形实验

2.5 数字图像相关技术

2.5.1 数字图像相关的基本原理

2.5.2 散斑制备技术

2.5.3 数字图像相关应用

第3 章 Al 中退火孪晶的形成及演化

3.1 引言

3.2 不同应变率下等径通道挤压对比

3.3 静态再结晶中退火孪晶的形成

3.4 静态再结晶中退火孪晶的长大

3.5 静态再结晶中退火孪晶的演化

3.6 小结

第4 章 Al 中退火孪晶在单轴压缩过程中的变形

4.1 引言

4.2 散斑制备参数探究

4.2.1 Ag膜厚度对散斑质量的影响

4.2.2 NaCl溶液浓度对散斑质量的影响

4.2.3 样品浸泡时间对散斑质量的影响

4.3 散斑制备参数讨论

4.4 孪晶与滑移系的相互作用

4.4.1 孪晶在变形过程中的EBSD研究

4.4.2 非共格孪晶界与滑移系的相互作用

4.4.3 共格孪晶界与滑移系的相互作用

4.4.4 讨论

4.5 孪晶的协调变形作用

4.6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与科研成果