图 1。4 四种不同变形方式的剪切特征[19]
1。3 ECAP 变形带来的组织变化
在 ECAP 变形过程中,材料的晶粒内部以及晶界处都会发生变形。在低温条件下,晶界 强度大于晶内,因此最初的形变主要发生在晶粒内部。然后变形不断发生,随着变形量的增 大,晶界也将通过滑动和转动的过程来实现变形。
1。3。1 晶粒细化
ECAP 所带来晶粒细化的机制主要有以下三种:形变诱导晶粒细化、热机械变形细化晶 粒和形变组织再结晶导致晶粒细化[20]。其中,形变诱导晶粒细化最主要的细化晶粒方式。在 通常的理论中,我们认为,在变形的过程中晶粒中的位错发生增加,从而提高单位面积中的 位错密度,然后这些位错不断的发生缠结,从而形成位错胞,产生胞状组织。继续变形以后, 胞状组织将继续发生变化,从而形成亚晶粒,如果变形继续发生,刚形成的亚晶粒将会转变 成新的晶粒[20]。
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1。3。2 大角度晶界
在研究 SPD 工艺时,一般认为相邻晶粒的取向差大于 15°的晶界是大角度晶界[20]。参考 以前的文献资料可知,在 ECAP 变形过程中,晶粒内部和晶粒之间会发生旋转,逐渐形成大 角晶界。Rybin[21]认为经过剧烈塑性变形后,形变诱导晶界的最大晶界取向差可以由式(1-2) 计算文献综述
式中:a 和 0 是常数,可通过实验测得;为材料应变总量;0 可以视为临界应变量,大 于该数值时应变将会产生亚晶结构。公式(1-2)表明随着形变量增大,相邻晶粒最大取向差也 将会增加。因此,通过 ECAP 工艺制备的超细晶材料中将由于大应变量而形成大角度晶界。 在外力作用下,晶粒发生变形,相邻晶粒的界面处会产生大量的晶格畸变并带来位错塞 积或者空位等缺陷,这些缺陷内部存在残余的应力。而这些变形而形成的缺陷将通过退火再 结晶这一过程而发生恢复成原来的状态。当变形量比较大时,由于位错密度很大,将在晶粒 内部形成位错胞(cell)结构,通常胞内的位错密度较低而胞壁上位错高度缠结。这样的位错 胞结构在中高温回复时,通过位错滑移、攀移与多边形化,胞内的位错密度会进一步降低, 而胞壁上的位错由于重新排列和对消,变得“尖锐”起来,这个过程将使得相邻晶界的角度进 一步发生增大。也就是说在较低的温度下进行退火可以提高块体 ECAP 材料中大角度晶界所
占的比例。
1。3。3 变形织构
在塑性变形中,随着变形程度的增加,各个晶粒的滑移面和滑移方向都要向主应变方向 转动,逐渐使得原来取向杂乱的各个晶粒在空间上呈现一定程度的规律性,表现为某个取向 的晶粒占大多数状态,即产生变形织构。对于 ECAP 制备的块体超细晶材料而言,由于其变 形量很大,内部可能存在诸多剪切织构,晶粒内部的择优取向将对材料的微观组织与性能有 着很明显的影响。ECAP 材料具有复合织构的类型[22],随着退火再结晶的进行,ECAP 产生 的剪切织构等变形织构将在新的晶粒中继承,或者形成新的再结晶织构。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com
1。3。4 高道次 ECAP 纯铜的热稳定性
ECAP 处理纯铜可以有效细化纯铜晶粒,随 ECAP 道次的增加,晶粒尺寸逐渐减小,平 均晶粒尺寸从最初的 100μm 细化到 0。2~0。3μm。高道次 ECAP 变形后,在变形组织中出现大
量动态再结晶晶粒,对再结晶机制的研究表明发生的是连续动态再结晶,晶粒尺寸细小与亚 晶相当且在变形过程中均匀分布。随着 ECAP 道次增加,对纯铜(99。9%)组织性能影响具体 表现在:经过 1 道次的 ECAP 变形以后(真应变 1。15),样品的内部将形成带有高密度的混乱 位错的剪切带,这个过程形成了以小角度晶界为主的亚晶界;随着变形的继续进行,前面形 成的剪切带也将发生破碎,产生更多的内部位错较为整齐的亚晶,从而产生大角度晶界。经 过 4 道次的 ECAP 变形将产生大量亚晶,这些亚晶的位错大部分都出现在晶界处,而内部却 几乎没有位错,在相邻晶界中的取向差将继续上升。通过电镜的观察会发现样品中间产生了 消光条纹,这说明组织中的内应力特别高,因为消光条纹产生时,晶粒内部通常不含位错, 即在晶界上含有很强的内应力。当变形次数上升到 8 次以后,样品内部将均匀分布带有大角 度晶界的等轴晶,晶粒尺寸约为 0。2~0。3μm,等轴晶是通过亚晶旋转以后的动态再结晶过程形 成的。 超细晶铜的组织与性能的晶粒尺寸效应(4):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_83484.html