高应变率下纯铜强迫剪切变形行为研究

论文摘要

本文以工业纯铜为研究对象,沿其退火及轧制板材法向（ND）取帽形试样,利用分离式霍普金森压杆实验装置,结合金相显微镜（OM）、透射电镜（TEM）、电子背散射衍射（EBSD）技术等检测分析手段,研究了高应变率下不同应变纯铜强迫剪切力学行为以及剪切带内的微观结构和微观织构演化规律。同时,沿冷轧铜板板平面内与轧向成0°（RD-0°）、45°（RD-45°）和90°（RD-90°）方向取样,对其动态强迫剪切变形行为的各向异性进行了研究。结果表明：纯铜绝热剪切带微观结构的演化包括：拉长位错胞、拉长亚晶、亚晶的细化及增殖、亚晶旋转形成动态再结晶晶粒以及再结晶晶粒再拉长等几个阶段。结合微观结构观察,提出了一种修正的亚晶旋转动态再结晶演化模型。剪切带内的微观组织呈现出明显的择优取向,晶体的<110>方向趋向于平行于剪切方向。同时,变形过程中晶体的滑移面趋向于平行剪切面,滑移方向平行剪切方向。在变形后的冷却过程中,晶粒没有明显地长大,而其晶界处的位错密度却有明显降低,但材料冷却完成后其晶界处仍有一定的位错缠结。相比退火态,冷轧纯铜由于起始较高的加工硬化程度,具有更高的绝热剪切敏感性。其剪切带演化不同阶段的临界应变均比退火态低,动态强迫剪切变形行为也有所不同。同时,轧制态初始的宏观织构,在一定的应变范围内,会对剪切变形微观织构产生影响；但随着应变的增大,其微观织构演化呈现出与退火态一致的规律。冷轧铜板动态强迫剪切力学行为和剪切变形行为均表现出明显的各向异性：RD-900方向的屈服强度、峰值应力以及绝热剪切敏感性最大,RD-45°方向其次,RD-00方向最小。晶体取向的不同是造成强迫剪切行为各向异性的主要原因。基于绝热剪切扩展能的概念,结合实测剪切应力—应变曲线,定性解释了三个方向绝热剪切敏感性的差异。感谢国家自然科学基金项目：高应变率下纯铜织构与绝热剪切敏感性的相关性研究（No.50871125）与中央高校基本科研业务中南大学前瞻重点项目：高强高导电纳米层片状超细晶体铜合金的规模化制备及机理研究（No.2010QZZD014）的资助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 金属材料在高应变率下的变形特点
• 1.2 剪切变形局部化的研究现状
• 1.2.1 绝热剪切现象及剪切失稳判据
• 1.2.2 剪切带内的微观结构演化
• 1.2.3 材料的绝热剪切敏感性
• 1.2.4 绝热剪切带的研究手段及发展趋势
• 1.3 EBSD技术及剪切带内微观织构
• 1.3.1 电子背散射衍射技术（EBSD）
• 1.3.2 绝热剪切带内的微观织构
• 1.4 铜在高应变率下的变形行为
• 1.4.1 纯铜的动态力学性能及本构方程
• 1.4.2 纯铜的绝热剪切变形行为研究
• 1.5 本文的研究目的、意义及内容
• 第二章 实验过程及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 板材的轧制及退火
• 2.2.2 原始板材的宏观织构测试
• 2.2.3 样品制备
• 2.2.4 动态压缩实验
• 2.3 微观组织结构观察
• 2.3.1 光学显微（OM）分析
• 2.3.2 电子背散射衍射（EBSD）分析
• 2.3.3 透射电镜（TEM）表征
• 第三章 退火纯铜剪切带内的微观结构和微观织构演化
• 3.1 退火态板材的微观组织及织构
• 3.2 动态强迫剪切力学响应
• 3.3 剪切带内的微观结构
• 3.3.1 宏观形貌及OM观察
• 3.3.2 EBSD分析
• 3.3.3 TEM表征
• 3.4 微观织构特征
• 3.5 剪切带内的微观结构演化机制
• 3.6 本章小结
• 第四章 冷轧纯铜绝热剪切带内的微观组织结构特征
• 4.1 冷轧铜板的原始组织形貌及织构
• 4.2 冷轧纯铜强迫剪切力学响应
• 4.3 冷轧纯铜剪切带内的微观组织结构
• 4.3.1 OM观察
• 4.3.2 EBSD分析
• 4.3.3 TEM观察
• 4.5 本章小结
• 第五章 冷轧铜板强迫剪切变形行为各向异性研究
• 5.1 强迫剪切力学响应各向异性
• 5.2 绝热剪切变形行为各向异性
• 5.3 不同方向剪切带内的微观形貌
• 5.4 不同方向绝热剪切行为差异分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果