块体超细晶铜的制备与组织性能研究

论文题目: 块体超细晶铜的制备与组织性能研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料学

作者: 魏伟

导师: 陈光,王经涛,陈国良

关键词: 超细晶铜,微观组织,力学性能,强化,变形孪晶,等径角变形,冷轧

文献来源: 南京理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 块体超细晶（晶粒尺寸0.1～1μm）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（Equal Channel Angular Pressing）是一种有效获得块体超细晶金属的强烈塑性变形（Severe Plastic Deformation, 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,电沉积制备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%）的制备、ECAP模具外角、变形道次及室温轧制变形（Cold Rolling, 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φ=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12×12×80mm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～100μm细化到～0.2μm,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,1道次ECAP变形后拉伸强度达到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(（?）≈2s-1)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～0.4μm,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。通过孪晶形成临界应力σctwin、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(（?）≈2s-1)轧制变形中变形孪晶的形成条件,结果表明:当d大于1μm时,不会形成孪晶:当d小于0.2μm时,易于形成孪晶,且形成孪晶的倾向对温度不敏感;当d介于0.2～1μm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孪晶/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

论文目录:

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 超细晶

1.2.1 超细晶的发展

1.2.2 超细化方法

1.2.3 超细晶材料的组织特征

1.2.4 超细晶材料的力学性能

1.2.4.1 室温强度与塑性

1.2.4.2 超塑性

1.3 课题的提出

1.4 主要研究内容

第二章 实验方法与实验过程

2.1 实验构思

2.2 实验材料

2.3 变形与模拟分析方法

2.3.1 ECAP变形

2.3.2 ECAP+CR变形

2.3.3 ECAP变形过程的FVM分析

2.3.4 ECAP变形过程的金属流动

2.4 微观组织与热分析

2.4.1 光学组织

2.4.2 透射电镜分析(TEM)

2.4.3 拉伸断口(SEM)

2.4.4 差热分析(DSC)

2.5 力学性能测试

2.5.1 微观硬度

2.5.2 拉伸性能

第三章 ECAP变形分析

3.1 ECAP变形的基本原理

3.2 ECAP变形工艺参数

3.2.1 模具角度

3.2.2 变形路径

3.2.3 变形道次

3.2.4 变形速度

3.2.5 变形温度

3.3 ECAP变形力的上限解

3.4 ECAP过程金属网格的变形分析

3.5 ECAP变形的FVM分析

3.5.1 模拟计算参数的确定

3.5.2 ECAP变形载荷的模拟与实测分析

3.5.3 ECAP变形温升的分析

3.6 本章小结

第四章 强烈塑性变形中纯铜的微观组织

4.1 光学金相组织

4.1.1 模具外角对纯铜光学金相组织的影响

4.1.2 ECAP道次对纯铜光学金相组织的影响

4.2 TEM分析

4.2.1 ECAP变形中的微观组织

4.2.2 ECAP+CR变形中的微观组织

4.3 分析与讨论

4.3.1 位错密度

4.3.2 变形孪晶的形成条件

4.3.3 轧制温升

4.4 本章小结

第五章 超细晶纯铜的力学性能

5.1 显微硬度

5.1.1 模具外角对纯铜显微硬度的影响

5.1.2 ECAP道次对纯铜显微硬度的影响

5.2 拉伸强度

5.2.1 模具外角对纯铜拉伸强度的影响

5.2.2 ECAP道次对纯铜拉伸强度的影响

5.2.3 轧制压下量对纯铜拉伸强度的影响

5.3 延伸率

5.3.1 ECAP道次对纯铜延伸率的影响

5.3.2 轧制压下量对纯铜延伸率的影响

5.3.3 影响延伸率的关键因素分析

5.4 屈服强度与延伸率的关系

5.5 本章小结

第六章 超细晶纯铜的强化模型

6.1 Meyers-Ashwonh模型

6.2 孪晶复合强化

6.3 本章小结

第七章 结论

致谢

参考文献

附录：攻读博士学位期间发表的学术论文与科研活动

发布时间: 2005-09-12

参考文献

• [1].2A12铝块体超细晶材料的制备、模拟及细化机制的研究[D]. 毕见强.山东大学2005

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