双晶铜单向拉伸塑性变形机制的原位研究

发布时间：2020-06-29 15:36

【摘要】：铜及其合金是工业领域中受到广泛应用的金属结构材料,服役过程中在动、静载荷的作用下受力情况复杂。双晶的变形行为是理解多晶材料力学行为的基础,可以为研究多晶铜的塑性变形提供实验和理论基础。利用原位扫描电镜技术(In-situ SEM)结合数字图像相关方法(DIC)研究双晶铜样品在塑性变形过程中滑移带的演化行为。研究结果表明,晶界及晶粒取向对滑移带的产生及演化具有重要影响。正应变场E_(xx)显示两晶粒内部、晶界附近分别有单、双系滑移开启,滑移带会造成局部不均匀变形,随着应变量的增加,滑移带的数量增多而强度下降,变形趋于均匀化。软取向晶粒[50-1]倾向于单系滑移,滑移带数量多且分布均匀;硬取向晶粒[1-53]倾向于多系滑移,滑移带数量少且强度较高。软取向晶粒比硬取向晶粒的平均正应变E_(xx)大,它们之间的差别在8%的拉伸应变后随着应变的增加而被放大,晶界产生更高的协调应力,使得晶界附近的剪应变E_(xy)开始急剧增加。剪应变场E_(xy)幅值远小于正应变场E_(xx)幅值,晶界附近区域的剪切应变值E_(xy)高于晶粒内部。利用原位电子背散射衍射技术(In-situ EBSD)研究双晶铜样品在塑性变形过程中的晶粒转动行为。研究结果表明,晶界及晶粒取向对晶粒的转动产生重要影响。25%应变前不同区域均发生明显转动,25%应变后,晶粒转动主要发生在晶界附近。软取向晶粒内部区域的晶粒取向由[112]方向转向[001]-[111]连线方向,局部晶粒转动轨迹符合Sachs模型;晶界两边的局部晶粒转动轨迹与Sachs模型、Taylor模型均不相符;硬取向晶粒内部的取向始终处于[001]方向,转动轨迹符合Taylor模型。晶界附近的剪切应变影响局部晶粒的转动行为,而晶粒的局部转动会改变双晶铜样品内部的Schmid因子分布状态。几何必须位错图和EBSD衬度分布图显示在变形过程中晶界处的变形最不均匀。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.11
【图文】：

纯铜,晶体结构,晶粒取向

图 1-1 纯铜的晶体结构[8] 金属铜的微观组织研究材料的微观结构决定了它的力学性能，而力学性能又严重的影响其使用情况材料微观结构的研究一直是材料研究中的重点和热点，值得进行深入探讨。观组织包括晶体缺陷、晶粒尺寸、晶粒取向、晶界类型等，本论文着重探讨和晶界的存在对双晶铜塑性变形的影响。.1 晶粒取向根据晶粒单胞中基元的排列规律可知，不同晶面或晶向上基元的排列方式和异，对应的能量、键合力、力学性能及物理性能不同，构成了晶体的各向异性在材料研究中晶体的方向与宏观样品的特征方向之间的关系十分重要，两者对方位就是晶粒取向。晶粒取向差是指两个相邻晶粒，以其中一个晶粒的晶

示意图,滑移线,滑移带,示意图

研究金属铜在受外力作用过程中产生的微观变形行为十分重要。1.4.1 塑性变形的滑移机制在常温及低温下，滑移是 FCC 结构晶体最主要的塑性变形方式，即位错在特定晶面（滑移面）和方向（滑移方向）进行滑移。对于面心立方体（FCC）金属铜，移面对应{111}面，滑移方向对应[110]方向，有 12 个滑移系。实验结果证明，表面过抛光的纯铜样品在塑性变形后，使用金相显微镜可以发现其表面出现众多彼此平的细线；使用电子显微镜进一步发现这些平行线是由多条更细的平行线组成，前者滑移带，后者为组成它的滑移线，如下图 1-2。滑移线的间距约为 102倍原子间距，一条滑移线的滑移量可以达到 103倍原子间距，滑移线之间彼此平行或成一定角度例如 PMTM-CNRS 实验室[31]发现双晶铜的滑移线随着变形先均匀而后不均匀，而单体对应的滑移线在变形过程中一直都比较均匀，这是因为晶界造成晶体内应力不均因此通过观察滑移带的特征来研究变形与晶界的关系是被广泛采用的方法[32]。

【参考文献】