目前,大塑性变形技术已经广泛用于制备铝基、镁基、铜基超细晶复合材料,晶粒细化的同时均匀弥散增强相,提高强度、塑性、耐热性等。此外,如果克服了以下问题, 其进一步发展的空间还很大:
(1) 制备成本高、生产效率低,材料尺寸有限,与实际应用于工业生产还有不少距离;
(2) 现有研究局限于有色金属基复合材料,如果能拓展到较难变形的铁基复合材料、陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料,前景将更为广阔;
(3) 变形过程中位错运动机制、晶粒细化机理、增强相弥散过程还不是很明确;
(4) 大塑性变形制备复合材料的设计计算与计算机模拟有待于深入研究,以实现材料在多参数组合下(如温度、应变量、变形速度、道次数等)的组织与性能预测。
1.8 组织演化
1.8.1 中、低层错能纯铜材料在ECAP中的组织演化
图1.6列出了纯铜经ECAP二、三、四、八、十四道次后的显微组织演化过程的SEM照片[10]。试样经过一道次ECAP后,原始的等轴晶粒组织被拉长,形成织构组织,部分晶粒内出现了大量的滑移带,在纯剪切作用下,各晶粒内部的滑移方向有所不同。当采用Bc路径进行以后各道次挤压时,试样要向同一个方向旋转90°,此道次的剪切方向就与前一道次的剪切方向相交90°,使前一道次所形成滑移带与本道次产生的滑移带发生了交互作用。由于纯铜的层错能较低,有相当大的部分位错分解为层错,这些层错不能产生交滑移,使得位错运动限制在一定的滑移面上,导致位错在滑移面上排列,构成位错林,位错林与位错林交割形成位错网,呈现出如图1.6a、1.6b所示的位错带在一定区域里相互平行的形貌。随位错密度的增加,滑移变得愈来越困难,此时会在局部产生应力集中,诱发形变孪生,出现了孪生与位错滑移共同协调的变形机制。在位错分割与孪生分割的共同作用下,三道次后,分割的滑移林局部破裂,形成亚晶(图1.6b),ECAP四道次后,一个完整的、尺寸为40—60μm的晶粒会完全破碎,如图1.6c所示,形成具有大角度晶界的细小晶粒,晶粒尺寸约为1μm左右。随后各道次ECAP时,晶粒演化机制与前几道相似,只是这些细小晶粒内存有大量位错,位错运动受到晶界的阻碍,滑
图1.6 紫铜经ECAP多道次挤压后的显微组织SEM照片
移变得更加困难,会在晶界的两边停留下来。当切应力达到一定值时,晶界另一侧相邻晶粒中的位错开动,并在晶界处与异号位错反应,使晶界厚度增加,在晶内位错移动的同时会更多地发生晶粒转动,使应力集中得到松弛。因此,四道次ECAP后,晶粒细化的速度会大大地降低。图1.6d、1.6e所示分别为ECAP八道次、十四道次的显微组织照片,其晶粒尺寸分别约为0.5μm和0.3μm。
1.8.2 高层错能45钢中铁素体在ECAP中的组织演化
本体心立方晶格的铁素体层错能很高,位错运动时不易分解成不完全位错, 即使有不完全位错,也不能扩展到很大距离,扩展位错的宽度一般也只有1—2个原子间距。位错运动完全是以滑移和交滑移进行的。图7所示为铁素体在ECAP二道次、三道次和四道次的显微组织演化过程。从图1.7中可以看出,由于是交滑移变形机制, 随着挤压道次增加,前一道次所形成滑移带与本道次产生的滑移带发生了交互作用,使滑移带出现了弯曲和扭曲,并且弯曲和扭曲程度越来越大。从图1.7a、1.7b可以看出,挤压二道次后滑移带长度较长,滑移带宽度也较小,后开动的滑移带将先开动的滑移面上的滑移带分割,并使滑移带弯曲,滑移带长度大大缩短,宽度增大,形成凸起,这些滑移带就是亚晶,其滑移带之间的位向相差较小。经四道次ECAP后,位错界面不断大量形成,并连续地交互、分割晶粒,当位错界面的宽度增加到接近亚微米尺寸时,产生动态连续再结晶,使晶粒完全被细化成大角度超细晶,其晶粒尺寸约为200nm,如图1.7c所示。 铜合金轧后弯曲变形性能文献综述和参考文献(4):http://www.youerw.com/wenxian/lunwen_3456.html