大变形异步叠轧辅以热处理制备超细孪晶铜及其形成机制研究

论文摘要

超细孪晶铜因具有微小特殊的细晶晶界结构而显示出了高强度、良好的导电、和导热性等性能,其中强度和导电性能尤为引起国内外的广泛关注,因此,目前超细孪晶铜的制备及性能已成为了金属材料领域研究的热点问题。通过超细孪晶获得的超高强度、高导电性铜不仅可以为材料的强化技术和高强、高导材料的深入研究开辟新的研究领域,也是机械、造船、航空、化工和电器仪表等工业部门中的重要原料,应用前景极其广阔。此外,还将对超导磁铁技术、电力传输系统、机电装备及微机电系统等相关领域产生重要推动。采用大变形异步叠轧辅以退火热处理的方法制备超细孪晶铜。在此基础上,研究了制备超细孪晶铜材的组织与性能,取得如下成果：1、对粗晶进行六道次异步叠轧,获得了含有许多亚结构的超细晶,再对这些超细晶进行190℃×25min的再结晶退火,制备出200—500nm的超细孪晶铜。2、探讨了剪切力在异步叠轧过程中的作用：为了产生孪生所必需的均匀剪切应变,在面心立方晶体中形成层错的孪生位错必须无一例外地存在于每个面中并顺序地运作,或者必须使得位错通过平行平面族中每个平面的规则运动而实现均匀剪切变形。3、研究了再结晶退火过程中退火孪晶铜的形成机制：退火孪晶的形核,是在连续的{111}面上的肖克莱部分位错环,通过在传播的{111}台阶上意外生长而形成的,这与晶界的迁移有关,晶界迁移的速度越高,意外生长发生的概率就越大。由于肖克莱部分位错之间的相互排斥作用,层错能出现横向生长,这便构成了孪晶界。4、探讨了温度对退火孪晶的影响：在再结晶退火过程中,温度过高,使得生长诱导的堆垛层错能消失的很快,结果造成了给定的晶界迁移的驱动力,即晶粒生长的驱动力变小,不利于退火孪晶的形成。因此,温度越高,产生的孪晶密度越小,反之,则产生的孪晶密度越大。5、研究了异步叠轧过程中的剪切力对退火孪晶形成的影响：剪切织构{001}<110>在再结晶退火过程中旋转了54.7°转变成退火织构{111}<211>。由于在异步叠轧过程中存在着剪切应力,晶格在剪切应力的作用下运动,使完全位错反应扩展成不可动弗兰克部分位错Aa和孪生位错aC(即肖克莱不全位错),这时,随着再结晶晶粒的生长,退火孪晶形成的机率大大增加。6、对超细孪晶铜材的性能进行测试：随着退火时间的延长,材料的强度、硬度大致上先升高后降低,延伸率与电导率都升高,在退火的后期上升缓慢。在190℃退火25min获得的超细孪晶铜,其导电性与1#标准退火态铜的导电性相当。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 立题背景及研究意义
• 1.2 超细孪晶铜及其国内外研究现状
• 1.2.1 孪晶
• 1.2.2 超细孪晶铜制备的国内外研究现状
• 1.3 大变形法制备超细晶的主要方法
• 1.3.1 等径角挤压法
• 1.3.2 高压旋转法
• 1.3.3 反复弯曲平直法
• 1.3.4 多向锻造和多向压缩法
• 1.3.5 沙漏挤压法
• 1.3.6 叠轧法
• 1.4 选题依据和研究内容
• 第二章 实验过程
• 2.1 实验材料
• 2.2 工艺制定的影响因素
• 2.3 实验方案
• 2.3.1 制样流程
• 2.3.2 异步叠轧实验
• 2.3.3 热处理实验
• 2.3.4 试样组织观察实验
• 2.3.5 力学性能和硬度实验
• 2.3.6 导电性测试
• 2.4 实验设备
• 第三章 异步叠轧过程中纯铜的组织演变
• 3.1 引言
• 3.2 大变形异步叠轧的过程特征
• 3.2.1 异步轧制铜带材的原理
• 3.2.2 异步轧制时的最佳状态
• 3.2.3 搓轧区的形成
• 3.2.4 搓轧区对界面复合的影响
• 3.2.5 异步轧制过程中变形量的表示方法
• 3.3 异步叠轧过程中纯铜的组织与性能变化
• 3.3.1 异步叠轧过程纯铜的组织变化
• 3.3.2 大变形异步叠轧对界面复合的影响
• 3.3.3 大变形异步叠轧过程中晶粒细化的机制
• 3.3.4 异步叠轧过程中晶体的滑移和转动
• 3.3.5 异步叠轧过程中晶界的作用
• 3.3.6 多晶铜异步叠轧形变的微观特点
• 3.4 异步叠轧过程中剪切力对孪晶形成的影响
• 3.4.1 孪生的位错机理
• 3.4.2 塑性变形的剪切机理
• 3.5 本章小结
• 第四章 超细孪晶的形成机制
• 4.1 引言
• 4.2 再结晶退火工艺的探索
• 4.2.1 试样在170℃下退火的组织形貌
• 4.2.2 试样在175℃下退火的组织形貌图
• 4.2.3 试样在180℃下退火的组织形貌图
• 4.2.4 试样在185℃下退火的组织形貌图
• 4.2.5 试样在190℃下退火的组织形貌图
• 4.2.6 试样在高于190℃下退火
• 4.3 再结晶退火温度探讨
• 4.4 退火孪晶形成机制
• 4.5 三种形态孪晶的形成
• 4.6 温度对孪晶的影响
• 4.7 剪切作用对孪晶形成的影响
• 4.8 本章小结
• 第五章 超细孪晶铜材性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 铜材的力学性能与显微硬度
• 5.2.1 铜材的力学性
• 5.2.2 铜带材的显微硬度
• 5.2.3 Hall—Petch关系
• 5.3 铜材的导电性
• 5.3.1 变形前铜材的电导率
• 5.3.2 不同等效应变下铜材的导电性
• 5.3.3 不同退火工艺下铜材的导电性
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表论文目录