剧烈塑性变形铜合金的孪生机制研究

发布时间：2017-09-13 13:45

  本文关键词：剧烈塑性变形铜合金的孪生机制研究

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【摘要】：孪生是纳米材料变形机理之一,孪晶界(TB)既可以阻碍位错滑移从而强化材料,又可以为位错滑移提供通道而提高材料的塑性,故一定密度的孪晶能同时提高材料的强塑性。孪生变形取决于材料内在的本征特征(如层错能、晶粒尺寸等)和外在的变形条件(如变形速率、变形温度)。对于后者,普遍认为温度越低、变形速率越快,越容易诱发孪生；然而对于前者,目前尚无统一认识,仍需进一步研究。此外,对于孪晶提高材料塑性和延伸率的观点仍缺乏有力证据,尤其在孪晶界能否移动和发射位错等方面仍有争议。本论文的主要目的是通过透射电子显微镜(TEM,包括高分辨透射电子显微镜(HREM))定量地分析材料本征特性对孪生的影响,同时表征位错／不全位错与孪晶之间的交互作用,以理解孪晶增强材料强韧性的原因。实验选择Cu-30%Zn和Cu-Al合金为模型材料,采用高压扭转变形技术、等径角挤压技术连同轧制变形获得晶粒尺寸在5nm-500 nm分布的一系列样品。结果表明：对于Cu-30wt%Zn合金,变形孪晶的平均片层厚度随晶粒尺寸的减小而减小,当晶粒尺寸小于20nm时,孪晶片层厚度为(111)晶面间距(层错)；另外,层错存在于各个不同尺寸范围的晶粒内,表明层错不受晶粒尺寸的影响。研究结果表明在低层错能超细晶材料中,孪生变形是通过从晶界连续发射不全位错(层错)形成。对具有三种不同层错能的铜合金(99.99wt%Cu、Cu-0.86wt%Al、Cu-2.2wt%Al,层错能分别为41mJ/m2、38mJ/m2、20mJ/m2)的TEM和HREM观察结果表明：变形过程中,99.99wt%Cu只发生了滑移；Cu-0.86wt%Al、Cu-2.2wt%Al中滑移和孪生同时进行。随着层错能的降低,平均晶粒尺寸减小,孪生变形逐渐转变为主导机制。利用HREM对孪晶界的观测表明：Shockley不全位错在孪晶界上滑移能够导致孪晶界迁移,并形成孪晶界台阶；外来全位错与孪晶界的相互作用也会导致孪晶界迁移。外来全位错在孪晶界发生分解形成带有Frank不全位错的孪晶台阶；带有台阶的非共格孪晶界作为位错源发射位错。这些位错／不全位错与孪晶之间的相互作用能够同时贡献材料的强度和塑性。
【关键词】：孪生 孪晶片层厚度 晶粒尺寸 层错能 孪晶界移动
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.11
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 引言8
• 1.2 孪晶8-11
• 1.2.1 孪晶的分类8
• 1.2.2 孪生四要素8-10
• 1.2.3 层错与孪生位错10-11
• 1.3 孪生变形机制11-15
• 1.3.1 粗晶孪生变形机制11-13
• 1.3.2 超细晶孪生变形机制13-15
• 1.4 孪生的主要影响因素15-18
• 1.4.1 变形温度及变形速率对孪生的影响15-16
• 1.4.2 晶粒尺寸对孪生变形的影响16-17
• 1.4.3 层错能对孪生变形的影响17-18
• 1.5 孪晶对材料力学性能的影响18-19
• 1.6 本文的研究目的及意义19-21
• 第二章 实验材料和方法21-27
• 2.1 实验研究思路21
• 2.2 实验材料21-22
• 2.3 样品制备22-23
• 2.3.1 高压扭转变形22-23
• 2.3.2 等径角挤压连同轧制变形23
• 2.4 结构表征23-27
• 2.4.1 透射电镜(TEM)观察23
• 2.4.2 透射电子显微学23-25
• 2.4.3 透射电镜样品的制备25-26
• 2.4.4 参数的标定26-27
• 第三章 晶粒尺寸对孪生变形的影响27-38
• 3.1 Cu-30wt%Zn合金的微观结构分析27-34
• 3.1.1 Cu-30wt%Zn合金的微观结构观察27-29
• 3.1.2 Cu-30wt%Zn合金的晶粒尺寸分布29-30
• 3.1.3 Cu-30wt%Zn合金的HREM观察30-34
• 3.2 分析与讨论34-37
• 3.2.1 晶粒尺寸对孪晶片层厚度的影响34-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 层错能对孪生变形的影响38-46
• 4.1 不同层错能材料的微观结构观察38-41
• 4.2 不同层错能材料的晶粒尺寸分布41-42
• 4.3 分析与讨论42-45
• 4.3.1 HPT样品的晶粒细化规律42-44
• 4.3.2 层错能对晶粒细化和孪生机制的影响44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第五章 位错/不全位错与孪晶的相互作用46-63
• 5.1 汤普森(Thompson)四面体46-47
• 5.2 超细晶晶界47-50
• 5.3 孪晶界的迁移50-60
• 5.3.1 不全位错与孪晶界的相互作用导致孪晶界迁移50-54
• 5.3.2 全位错与孪晶界的相互作用导致孪晶界迁移54-60
• 5.4 位错与孪晶之间的相互作用60-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第六章 结论63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-71
• 附录71

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本文编号：844057