块体超细晶铜的制备与组织性能研究

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1、博士论文块体超细晶铜的制各与组织性能研究摘要块体超细晶(晶粒尺寸0．1一lHrn)金属具有优异的物理、力学性能，是材料领域的研究热点之一。ECAP(EqualChannelAngularPressing)是一种有效获得块体超细晶金属的强烈塑性变形(SeverePlasticDeformation，SPD)方法，ECAP变形参数及模具设计是制备超细晶材料的关键，而模具外角对材料流变、微观组织与力学性能有重要影响，但至今未得到充分研究。另一方面，电沉积制各的超细孪晶组织使铜的力学性能发生质的飞跃，而在强烈塑性变形制备的超细晶铜中极少出现

2、孪晶，通过强烈塑性变形实现孪晶强化有待研究。此外，超细晶材料的力学行为显著不同于常规材料，建立强烈塑性变形超细晶材料的力学行为模型具有重要意义。本文详细研究了块体超细晶纯铜(99．98％1的制各、ECAP模具外角、变形道次及室温轧制变形(ColdRolling，CR)对纯铜微观组织与力学性能的影响、变形孪晶的形成条件等，提出了用于描述超细晶材料力学行为的孪晶复合强化模型。论文主要开展了以下几个方面的工作：(1)在全面分析ECAP变形原理及其主要工艺参数，包括模具角度、变形路径、变形道次、变形速度、变形温度，对比已有等效应变计算公式的

3、基础上，推导了不同条件下ECAP变形力的上限解；网格法的分析表明，ECAP剪切变形的均匀性随模具外角的增大而逐渐减小；有限体积法(FVM)模拟分析了ECAP变形载荷与变形温升，当西=90。时增大模具外角，变形力相应减小，而变形速度对变形载荷、变形温升的影响很小：自制了ECAP实验装置，并成功制备了12×12x80mm的块体超细晶纯铜。(2)纯铜晶粒尺寸随ECAP变形道次的增加而减小，4道次后平均晶粒尺寸从最初退火态的～1009m细化到～0．29m．并趋于饱和。(3)ECAP变形道次增加，纯铜拉伸强度增大，延伸率降低，l道次ECAP变

4、形后拉伸强度达到300MPa，是退火态的2．3倍，延伸率则从退火态的54％降低到23％；4道次后，拉伸强度达到420MPa，是退火态的3．3倍，延伸率-30％，并趋于饱和。(4)对ECAP纯铜施以低应变速率(i“2So)室温轧制变形后，在超细晶基体上获得了变形孪晶，孪晶宽度～0．4p．m，而纯铜在同样的轧制变形条件下没有发现变形孪晶，也未见文献报道。通过挛晶形成临界应力仃，、晶粒直径d和轧制温升的计算．分析了ECAP纯铜在低应变速率(占z2s“)轧制变形中变形孪晶的形成条件，结果表明：当d大于l啪时，不会形成孪晶；当d小于0．21m

5、a时，易于形成挛晶，且形成孪晶的倾向对温度不敏感；当d介于O．2～1Inn之间时，可以形成孪晶的温度随晶粒尺寸减小而升高。(5)ECAP纯铜在随后的轧制变形过程中，拉伸强度随轧制压下量的增加近乎线性增大。ECAP+CR挛晶／超细晶纯铜在保持延伸率不降低的情况下，屈服强度明显高于ECAP博士论文块体越细晶铜的制备与扭缩性能研究趣细晶纯镧，2道凌ECAP缝钢自々届暇强凌为348MPa，焉2遵次ECAP+83％CR挛晶／超细晶纯铜的屈服强度为422MPa。(6)纯铜在ECAP及随后的轧制变形中如现了加工硬化一软化的饱和现蒙，即流动应力随变

6、形量增加先迅速增大，而后趋于饱和，认为这是出于变形量达到一定程度岳，晶粒尺寸和孪晶宽度不再唠最鳃化，位错密度翘于镪和麓结果。(7)ECAP缝钢馋和强度的窦测德为378MPa，与文献报道结粜(约380～390MPa)相一致；ECAP+CR纯铜的饱和强度安测值为422MPa，均高于Vote预删的纯铜饱和强度(d。；305MPa)。采用本文水同变形方法所获得的纯铜饱和强度实测焦鞠实验数据，验证了Vote摸型可以翊采描述丈变形量范围蠹届骚强度与变形量之间的关系。(3)基于晶粒细化和李晶复台强化的作用，建立了屈服强魔与晶粒尺_j、孪晶宽度之问

7、关系的孪晶复含强化模型，该模型对纯铜屈服强度的计算结果与实测值楣吻台。关键词t趱宝胡晶铜，微观组织，力学性能，强化，蹙形孪晶，等裰角变形(ECAP)冷轧(CR)博士论文块体超细晶铜的制备与组舅R性能研究AbstractBulkultrafine-grainedmetals(grainsize0．1一IfEm)withuniquephysicalandmechanicalpropertiesisoneofmostinterestingtopicinthefieldofmaterialsresearch．Equalchannelangu

8、larpressing(ECAP)isaneffectiveroutetoobtainingbulkultrafine—grainedmetalsthroughsevereplasticdeformation(SPD)．Deforma