铜极薄带轧制过程中尺寸效应的研究

发布时间：2019-10-24 20:08

【摘要】：利用四辊异步冷轧机轧制工业纯铜极薄带,对轧制出厚度为25~300μm的轧件进行拉伸实验,发现在其力学性能方面出现了尺寸效应现象:随着厚度的减小,材料抗拉强度先增大,达到某一厚度临界值后转而减小,即存在一个厚度阈值,在此阈值之前出现加工硬化,之后转为加工软化.针对这一现象,对轧件进行机械性能检测和EBSD等观察或分析,认为极薄带出现尺寸效应的原因是:随着轧件厚度的减薄,胞壁沿厚度方向尺寸大幅度减小,位错向胞壁迁移距离减小,异号位错在胞壁处湮灭,导致抗拉强度降低.
【图文】：

曲线,工程应力,抗拉强度,曲线

踉鋫怛嘭鄳鋬鋪穸扔?.8mm轧制到1mm，共分5个道次，每道次减薄约1mm;第二阶段为异步轧制，利用异步轧机极强的轧薄能力，将1mm的轧件继续轧制到25μm，每道次压下约30%．选取厚度约为300，200，100，50和25μm规格的轧件，制作拉伸试样．在SANS(CMT5105)万能拉伸试验机采用HB5280—96所示的拉伸实验方法进行拉伸实验，拉伸速度为0.5mm/min，测量不同厚度的铜带的抗拉强度;同时，取不同厚度规格的轧件根据GB/T4340.1—2009作维氏硬度测试．2实验结果与讨论将5种厚度规格的轧态拉伸试样进行拉伸测试，拉伸曲线如图1a所示．由图中数据可以看出，随着轧件厚度的减薄，线性段斜率越来越大，总延伸量越来越小．轧件厚度由300μm减薄到100μm时，其抗拉强度由279MPa增大到460MPa．图1工程应力－应变曲线及抗拉强度－厚度曲线Fig.1Engineeringstrain-stressandtensilestrength-thicknesscurves(a)—工程应力－应变曲线;(b)—抗拉强度－厚度曲线．1240东北大学学报(自然科学版)第38卷

硬度曲线,不同厚度,试样,厚度

若轧件厚度继续减薄，抗拉强度开始减小，，当轧件厚度由100μm减至50μm时，抗拉强度由460MPa降低至380MPa，而厚度减至25μm时，抗拉强度减小至290MPa．轧件由厚到薄的抗拉强度曲线如图1b所示，呈现先增后减的变化趋势，由增到减的厚度临界值处于50～100μm之间．图2所示的维氏硬度曲线所呈现的硬度变化规律与抗拉强度的变化规律相似．当厚度为300μm时，轧件维氏硬度为118MPa，硬度在厚度大于100μm是呈现随厚度减小而增大的规律;到厚度为100μm时，轧件维氏硬度为133MPa．而当厚度小于100μm时，硬度随厚度变化规律与之前相反，变为随厚度减小而减小，到厚度为25μm时，轧件维氏硬度仅有83MPa．图2不同厚度试样的硬度曲线Fig.2Hardnesscurveoffoilswithdifferentthickness纯铜厚度由300μm减薄至25μm，抗拉强度随着厚度由大到小，存在先增后减的规律;硬度实验结果表明这5个厚度规格的轧件硬度同样出现先增后减的变化规律，而变化规律发生转变的厚度也为100μm．由拉伸实验和硬度测试实验数据可知，异步轧制纯铜极薄带出现了强度和硬度由大到小的“软化”现象，出现软化的临界厚度均在50～100μm．图3为不同厚度试样ND－ＲD面在SEM电镜下的EBSD照片．图3a为试样厚度200μm时的EBSD照片，由图中可以看出，晶粒沿轧制方向显著伸长，条带状晶粒沿ND方向尺寸约为300nm，厚度不均匀分布，相邻晶粒间取向差较大．部分条带状晶粒内部开始产生取向差，角度较小．由图3b可以看出，当厚度为100μm时，条带状晶粒沿ND方向尺寸进一步减小，相邻晶粒取向差逐渐增大，内部产生取向差的晶粒比例显著增多，且内部取向差进一步增大．图3c为厚度50μm时的EBSD照片，由图中可以看出，条带状晶粒已经基本消失，取而代之的是细小的等轴晶，
【作者单位】：东北大学研究院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51374069)
【分类号】：TG335.5

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