面心立方金属三叉结区域变形行为及退火过程中组织演变机理原位研究

发布时间：2020-11-15 14:30

　　 作为多晶材料显微组织的基本结构单元,三叉结(即三叉晶界,以下同)不仅会影响晶界的迁移和晶粒的长大,对材料组织结构的演变具有重要作用,它也是金属材料形变再结晶相关组织设计和性能调控研究中重点关注的因素。本文利用电子背散射衍射(EBSD)技术离线原位研究了面心立方结构高纯铝和高纯镍三叉结的变形行为(变形量为5%-35%的中小变形)及其退火行为,结合微观塑性变形理论和金属材料形变再结晶理论及透射电子显微镜(TEM)对变形高纯铜三叉结位错结构的观察和分析,研究了面心立方金属三叉结的变形机制和退火机理,为此类金属显微组织设计和性能调控提供了重要依据。经不同厚度压下量冷轧变形的高纯铝和高纯镍,其三叉结及晶界附近的应变比晶粒内部大,三叉结处点对原点的取向差与晶粒的取向有关,表现为软取向晶粒的取向差大,硬取向晶粒的取向差小,表明三叉结处软取向晶粒应变大,硬取向晶粒应变小。在高纯铝中,冷轧变形量为15%时,滑移线能通过小角度晶界,不能通过大角度晶界,此行为在三叉结附近保持不变;当轧制变形量大于17%时,在晶界附近产生晶界影响区,此行为在三叉结附近更明显。冷轧变形的高纯铝,其三叉结和晶界均在退火过程中发生迁移,并在原来位置留下鬼线。在退火过程中,一般大角度晶界迁移较快,小角度晶界迁移较慢,而三叉结迁移则更慢,表明三叉结对晶界的迁移有明显的拖曳或钉扎作用。晶界的迁移是由施密特因子小的晶粒向施密特因子大的晶粒迁移,即由硬取向晶粒向软取向晶粒迁移,迁移后,晶界变得更弯曲,且晶界的迁移距离明显比三叉结的迁移距离大。在进一步退火过程中,晶界与三叉结亦进一步迁移,且变形量为10%的样品,其晶界和三叉结在退火过程中有最大迁移量,而变形量大于17%的样品,其晶界和三叉结在退火过程中均迁移到晶内滑移带终止的地方,即晶界影响区。轧制变形高纯铝和高纯镍,在退火过程中均在三叉结处形成与基体呈孪晶关系的晶核,其关联界面为非共格Σ3晶界,高纯铝的形核率比高纯镍的低。在高纯铝中,再结晶晶核是通过大角度晶界从硬取向晶粒向两个软取向晶粒迁移在三叉结处形成的;而在高纯镍中,再结晶晶核是在至少包含两条一般大角度晶界的三叉结处原位形成。在进一步退火过程中,高纯铝和高纯镍三叉结处的再结晶晶核大部分被其它快速长大的晶粒所吞并。那些快速长大的晶粒均是初始组织中的原有晶粒,他们通过形变诱发晶界迁移的方式快速长大。在高纯镍中,原有晶粒的形变诱发晶界迁移可激发出大量Σ3n(n=1,2,3)等特殊晶界,而在高纯铝中,没有发生此类现象。分析认为,退火初期,中小变形高纯铝和高纯镍三叉结处生成与基体呈Σ3界面关系的再结晶晶核只是起到了释放该处应变集中的作用。利用TEM对中小变形高纯铜三叉结处的位错结构进行了观察和分析,研究了位错结构、轧制变形量和三叉结处晶粒取向三者之间的关系。结果表明:三叉结处位错密度随着变形量的增大而增加;变形量较小时,位错成线性分布,变形量较大时,位错缠结咸网状分布;在相同变形量条件下,三叉结处软取向晶粒内部的位错密度明显高于硬取向晶粒内部的位错密度;三叉结处的位错均为(1/2)0 1 1全位错。进一步结合微观塑性变形理论和金属材料形变再结晶理论进行分析后认为,不管是高层错能的高纯铝,还是中低层错能的高纯镍(或高纯铜),在中小变形过程中,其三叉结处均以开动(1/2)0 1 1全位错的方式发生塑性变形,并且,由于变形时的应力连续分布和晶界对位错滑移的阻碍作用,导致了三叉结处软、硬晶粒的应变差异;在变形后的退火过程中,三叉结处的晶界自然由形变储能较小的硬取向晶粒向形变储能较大的软取向晶粒一侧迁移;迁移的晶界与(1/2)0 1 1全位错交互作用导致原子面重排,并生成与硬取向晶粒呈Σ3取向差关系的再结晶晶核;再结晶晶核的生成释放了三叉结处的应变集中,再加之晶核与基体晶粒之间的Σ3晶界动性较低,这些晶核均被其它动性较高的快速迁移的晶界所扫除(或被其它快速长大的晶粒所吞并)。
【学位单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG156.2
【部分图文】：

５％变形后的应．变分布及其在退火回复过程中－Ｔ？均取向差的变化。研究结果表明??冷乳变形后三个晶粒的变形不均匀，三叉结附近存在很强的变形不均匀性，如??图１．４所示。在３６０?°Ｃ进行不同时间退火时，三叉结附近的平均取向差增大，??并且观察到某些取向差很小的晶界在退火过程中发生迁移（见图１．５和图１．６）。??通常情况下，Ｔ？均取向差会随着退火的进行有所降低，该研究结果说明三叉结??的形变和回复行为的确不同于晶内和晶界，这与三叉结处晶体取向的突变以及??材料流变在两个力向上受到制约有关。??ｓｏｕｒｃｅ??＾?＼?ｐｏｓｓｉｂｌｅ?ｃｒａｃｋ?ｌｏｃａｔｉｏｎｓ??Ｉ?＾￣—?—?—Ｉ?ｓｏｕｒｃｅ??，Ｘ／?４??ｓｏｕｒｃｅ??图１．３三叉结处位错的塞积模型［２９］??（ａ）／?Ｄ?￣￣￣￣￣?Ｃ?￣￣?（ｂ）Ｈ?〇?〇〇??＇?ｊｆ＾：￣?－－４??ｚ匕＜．０４??ｔ＇?：Ｉ；ｒ?ｉＢ?ａｆ－０?０６???产？？？？．．．

１．２．?２三叉结的迁移行为??Ｇｏｔｔｓｔｅｉｎ等人［＿３３］研究了包括三条晶界及其组成的一个三叉结（其几何??关系如图１．７所示，两条晶界是曲线，并且这两条曲线在远离三叉结都趋于Ｔ－??行于ｘ轴，第三条晶界是直线，三叉结垂直于图而，并且假定三条晶界具有相??同的表而张力和动性）的特殊可动研宄结果表明三叉结的可动性主要依赖??于温度。低温时，三叉结的可动性低，对三条关联晶界的迁移有拖曳作用，此??时晶界体系的迁动性受三叉结控制。分析认为晶界和三叉结的迁移不一样，当??温度低于某一个值时，三叉结有限的迁移速率决定了晶界的可动性，换句话说，??三叉结在晶界迁移中的作用相当于Ｉ＇－摩擦源，对晶界的迁移起到拖曳的作用。??高温时三叉结可动性高，当温度接近熔点时，三叉结的迁移很快，对晶界的拖??曳作用消失，此时晶界体系的迁动性主要受控于晶界自身。另外，三叉结的可??动性还与晶粒尺寸有关

阁丨．８品界迁移后留下的鬼线（ｇｈｏｓｔ?ｌｉｎｅｓ）的光学显微阁［３４）??文献中所用材料都是三连晶，在二维图中，三连晶中一条为直线，其余两条晶界为曲线，此时三叉结棱（ｔｒｉｐｌｅ?ｌｉｎｅ）垂直于纸而实际多晶材料有很大的Ｋ別，并且其研究结果是在仅考虑晶界曲率和非叉结这两类驱动力的前提条件下得出的，并且假定三条晶界具有相同的没有考虑不同三叉结的特征可能带来的影响，也未涉及材料经过变形后中小变形后形变储能（残余应力）对不同特征三叉结迁移行为带来的重Ｒａｂｋｉｎ等人［３４］发现富Ｎ！的ＮｉＡ丨合金样品高温（１４００°Ｃ?）退火后三相关联的两条晶界发生迁移（另一条晶界不发生迁移），并在迁移扫内留下了一系列的鬼线（ｇｈｏｓｔ?ｌｉｎｅ），晶界呈跳跃式（ｊｅｒｋ?ｍｏｔｉｏｎ）１．８所示，图中ＯＧＢ表示晶界的初始位置。２００４年Ｒａｂｋｉｎ等人［３５］又利术并结合扫描探针显微技术研究了富Ｎｉ的ＮｉＡ丨合金样品中三叉结（１４００?°Ｃ）迁移行为，如图１．９所示。从图１．９中可以看出，三叉结相
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 姜英;方晓英;王友林;彭欢;杜佳泽;;不同温度轧制H68黄铜样品退火后的晶界特征分布[J];材料热处理学报;2014年01期

2 李发东;李玉龙;索涛;汤忠斌;郭亚洲;;垂直晶界铜双晶的拉伸变形行为[J];中国有色金属学报;2012年05期

3 蔡正旭;王卫国;方晓英;郭红;;晶粒尺寸对冷轧退火纯Cu晶界特征分布的影响[J];金属学报;2010年07期

4 姜英;蔡正旭;王卫国;郭红;;不同形变量轧制黄铜H80低温退火后的晶界特征分布[J];材料热处理学报;2010年06期

5 张雯;王卫国;方晓英;郭红;;冷轧后回复处理对Pb-Ca-Sn-Al合金后续轧制退火晶界特征分布的影响[J];热加工工艺;2009年10期

6 马全仓;毛卫民;冯惠平;余永宁;;拉伸变形晶粒所承受的反应应力对其取向变化的影响[J];塑性工程学报;2009年02期

7 杜正兴;温志勋;侯乃先;岳珠峰;;考虑两种晶界的各向异性双晶和三晶体晶界附近弹塑性应力场分析[J];计算力学学报;2008年05期

8 夏爽;周邦新;陈文觉;;形变及热处理对690合金晶界特征分布的影响[J];稀有金属材料与工程;2008年06期

9 方晓英;王卫国;郭红;张欣;周邦新;;304不锈钢冷轧退火∑3~n特殊晶界分布研究[J];金属学报;2007年12期

10 张欣;王卫国;郭红;姜英;;固溶和预时效Pb合金冷轧退火后的晶界特征分布[J];金属学报;2007年05期

相关博士学位论文 前1条

1 魏绎郦;面心立方金属中形变位错结构的研究[D];清华大学;2011年

本文编号：2884860