层错能对面心立方金属冷拔微观组织及织构演化的影响

发布时间：2020-07-18 23:44

【摘要】：层错能作为金属材料的内在属性,显著影响面心立方金属的微观组织及织构演化。尽管层错能对面心立方金属微观组织和织构演化的影响已广泛研究,但仍存在较多不足。中高层错能金属研究多以纯金属为主(如铝、铜、镍等),低层错能金属研究多以合金(如Cu-Zn、Cu-Al等合金)为主,且变形多通过轧制、等通道挤压和高压扭转等方式,很少关注面心立方金属的冷拔微观组织和织构演化。纯金属中添加合金元素不仅可以改变材料的层错能,还可能引入短程有序结构。由于合金无法排除短程有序结构的影响,使得层错能对合金微观组织和织构演化的影响被过度放大。因此,本文采用电子背散射衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜系统研究了不同层错能的纯铝(166 mJ/m~2)、纯银(22 mJ/m~2)、Cu-10at.%Mn合金(45 mJ/m~2,与纯铜层错能相近,并具有短程有序结构)以及CoCrFeMnNi高熵合金(18.3-27.3 mJ/m~2,与纯银层错能相近)等面心立方金属冷拔微观组织及织构演化,并利用显微硬度仪表征了加工硬化行为,深入分析了层错能和短程有序结构对于冷拔微观组织及织构演化的影响机制。铝作为层错能最高的面心立方纯金属,冷拔多晶铝以位错滑移为主要机制,变形温度降低不改变多晶铝的变形机制,仅抑制回复,增加位错密度,降低几何必须位错界面间距,促进微观组织细化。多晶铝冷拔变形过程中,100//DD取向晶粒位错密度较高,界面失配角增加速率较快,111//DD取向晶粒内部位错密度较低,界面失配角增加速率较慢。相对于随机取向多晶铝,100强织构多晶铝不容易发生晶体取向转动,具有很强的遗传性。高应变量下,拉长亚结构等轴化转变过程不仅不会消耗掉100//DD织构组分,反而促进100//DD织构组分的形成。银作为层错能最低的面心立方纯金属,室温冷拔多晶银及110取向单晶银变形机制为位错滑移和孪生,低应变量下形成大量离散位错和位错胞,以及少量变形孪晶,中高应变量下形成几何必须位错界面、变形孪晶以及Brass-型剪切带,剪切带内部逐渐形成等轴晶。当应变量低于0.58时,复杂织构组分体积分数逐渐降低,111//DD和100//DD织构组分体积分数增加。当应变量高于0.58时,织构组分体积分数基本保持稳定。对比多晶铝、铜和银冷拔微观组织和织构演化可以发现,层错能降低,位错交滑移和攀移逐渐被抑制,孪生机制逐渐被激活,稳定织构组分形成对应的临界应变量降低。此外,孪晶的形成导致111//DD或100//DD织构组分发生晶体转动,促进复杂织构组分形成。Cu-10at.%Mn合金层错能与纯铜接近,但两者室温冷拔微观组织和织构演化存在显著差异,可见层错能对微观组织和织构演化的影响被过度放大。低应变量下,冷拔Cu-10at.%Mn合金微观组织中形成大量Lomer-Cottrell平面位错结构、等轴位错胞、几何必须位错界面和变形孪晶,然而,冷拔多晶铜微观组织中观察不到Lomer-Cottrell位错和变形孪晶的形成。Cu-10at.%Mn合金中短程有序结构的出现,使得位错波状滑移向平面滑移转变,促进孪生机制的激活和111//DD织构组分的形成。CoCrFeMnNi高熵合金的层错能和纯银相近,但两者微观组织和织构演化存在显著差异。低应变量下,室温冷拔CoCrFeMnNi高熵合金以平面位错滑移为主,形成大量Lomer-Cottrell位错锁、高密度位错墙和Taylor点阵,室温冷拔多晶银中仅形成离散位错和位错胞。中等应变量下,变形机制为位错滑移和孪生,产生大量孪晶/基体片层组织。随着应变量的增加,退孪晶作用导致变形孪晶的厚度分布范围变窄,同时,位错滑移方式从平面滑移转变为波状滑移。高应变量下,孪生和剪切带成为协调塑性变形的重要方式。CoCrFeMnNi高熵合金大的点阵畸变和高的固溶度与短程有序结构的作用类似,促进复杂织构组分向111//DD和100//DD织构组分转变。
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG115
【图文】：

位错反应,孪晶,四边形,全位错

西北工业大学博士学位论文δα → δC + Cα 层从底部发生退孪晶行为。最终，当孪晶的顶部与底部发生相，不全位错 Cα 和 αB 将会重新合并成全位错 CB。由于不全位子层的厚度（约为 0.2nm），假如想要一个 10nm 厚度的孪晶）-（1-12）循环 25 次。除了上述位错反应外，不排除其他位的可能性[16, 19, 22]。

单晶铝,位错,面心立方金属,界面

取向单晶铝的宏观演化[34]:（a）变形带和过渡带,（b）沿 ND 方croscopic subdivision of a cold-rolled single crystal Al with cubic orieand and transition bands, (b) misorientation angle distribution along th Hughes 等人[41]深入分析了中高层错能面心立方金属冷轧提出了两类位错界面，即几何必须位错界面（GeomBs）和附生位错界面（IncidentalDislocationBoundaries, ID两侧开动滑移系不同而产生，致使 GNBs 两侧界面取向错墙（DenseDislocationWalls,DDWs）、微带（Microbamellar Boundaries, LBs）等，这些位错界面也可统称为lanarBoundaries）。之所以将 GNBs 分成上述几类是因为NBs 结构形态。对于中高层错能面心立方金属而言，随如图 1-3 所示[42]。IDBs 通过位错的随机捕捉而形成，通配角通常较小。随着应变量增加，IDBs两侧失配角增加速速率。此外，随着应变量增加，GNBs 与 IDBs 演化规律

示意图,纵截面,纯铝,微观组织演化

图 1-4 冷轧 10%纯铝试样纵截面 TEM 组织照片和对应的示意图[43age and a sketch of a microstructure in a grain of a 10% cold rolled specthe longitudinal plane view[43]心立方金属微观组织演化主要通过孪晶与位错交互作用、一

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