發(fā)布時間：2020-11-10 14:21

　　 表面機械研磨處理(surface mechanical attrition treatment,SMAT)是一種簡單有效的獲得超細(xì)晶材料的劇烈塑性變形技術(shù)。層錯能是影響材料SMAT晶粒細(xì)化過程的主要因素之一。目前,關(guān)于不同層錯能面心立方金屬SMAT晶粒細(xì)化過程的研究已有一定的系統(tǒng)性。但對中低層錯能面心立方金屬SMAT晶粒細(xì)化過程的研究較少。此外,SMAT研究的材料多為純金屬或單相合金。兩相合金在劇烈塑性變形中不僅會導(dǎo)致晶粒細(xì)化還會伴隨著失穩(wěn)轉(zhuǎn)變的發(fā)生,情況復(fù)雜。對于兩相合金劇烈塑性變形過程的研究仍有不足,還存在有待認(rèn)識的科學(xué)規(guī)律。銅合金屬于中低層錯能面心立方金屬,且在塑性變形過程中不發(fā)生相變,為研究中低層錯能面心立方金屬SMAT晶粒細(xì)化過程提供了較好的材料基礎(chǔ)。在Cu中添加Ti、Zn和Ni合金元素獲得不同層錯能金屬,探究了其在SMAT中的晶粒細(xì)化過程。銅鈦合金時效相變過程涉及到連續(xù)相變和非連續(xù)相變,具有豐富的研究內(nèi)涵。對時效處理銅鈦合金進(jìn)行SMAT,研究了時效處理對銅鈦合金SMAT晶粒細(xì)化過程的影響。主要研究結(jié)果如下:(1)Cu-4Ti合金屬于低層錯能金屬,SMAT過程中未發(fā)生相變,其晶粒細(xì)化過程包括面排位錯和孿生的形成;孿晶交割將晶粒細(xì)分為方塊;位錯墻的形成;微帶的形成;微帶進(jìn)一步細(xì)分為方塊以及多角形晶粒的形成。(2)采用XRD峰位移法測定了銅合金的層錯幾率。計算結(jié)果表明,Ni原子的加入基本不影響銅合金的層錯能;Ti原子和Zn原子的加入均降低了銅合金的層錯能,且相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下Ti原子比Zn原子對層錯能的影響更大。根據(jù)計算結(jié)果,按照層錯能從小到大,依次研究了Cu-2Ti、Cu-20Zn、Cu-2Zn和Cu-7Ni合金SMAT的晶粒細(xì)化過程。層錯能是影響SMAT銅合金塑性變形機制的關(guān)鍵因素。本研究中,層錯能差異對銅合金SMAT晶粒細(xì)化過程的影響主要體現(xiàn)在低應(yīng)變和低應(yīng)變速率區(qū),而對高應(yīng)變和高應(yīng)變速率區(qū)基本沒有影響。層錯能越低,低應(yīng)變速率區(qū)發(fā)生孿生的傾向更大。所研究的銅合金中,層錯能由低到高,低應(yīng)變速率區(qū)的變形機制分別為孿晶交割、少量孿晶和位錯胞。高應(yīng)變速率區(qū)均以微帶為主要的變形機制。SMAT后,所有試樣的硬度均隨著距處理面深度的增大而減小。表層硬度的提高主要是由于晶粒細(xì)化、缺陷密度大等原因。SMAT后,所有試樣的屈服強度均較固溶態(tài)增大,伸長率有所下降。拉伸試樣斷口分析表明,由表面到心部,試樣的斷裂方式從脆性轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂。(3)研究時效處理對銅鈦合金塑性變形機制的影響。Cu-4Ti合金在1203K固溶后,分別在773K時效0.5 h、4 h和24 h,對應(yīng)為調(diào)幅分解、峰值時效和過時效階段。對時效后的試樣進(jìn)行SMAT,分析了不同時效階段試樣SMAT的晶粒細(xì)化過程。結(jié)果表明,調(diào)幅分解和峰值時效階段SMAT試樣的晶粒細(xì)化過程與固溶態(tài)一致。過時效階段,由于β-Cu_4Ti相析出,和基體相變形不均勻。β-Cu_4Ti相在應(yīng)力作用下發(fā)生重新溶解,固溶到基體中,并且析出相溶解優(yōu)先發(fā)生在析出相與基體的界面處。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.11
【部分圖文】：

2圖 1-1 純鐵 SMAT 后的晶粒細(xì)化示意圖[5]Fig.1-1 A schematic illustration of grain refinement of Fe induced by SMAT[5層錯能的層錯能大約為 78 mJ/m2。一般認(rèn)為純銅屬于中等層錯能金屬程中，在不同的應(yīng)變速率下出現(xiàn)兩種不同的應(yīng)變誘導(dǎo)晶粒細(xì)化速率區(qū) (厚度>25 μm)，塑性變形以位錯運動為主。晶粒細(xì)化過內(nèi)位錯胞的形成 (圖 1-2A1 和 A2)；位錯胞壁轉(zhuǎn)變?yōu)樾∪∠虻牧７指顬楠毩⒌膩喚?圖 1-2 A3)；亞晶界演變?yōu)楦呷∠虻木Ы绲木Я３叽缱钚?100 nm (圖 1-2 A5)。

圖 1-2 典型的 TEM 明場像(A)和對應(yīng)的選取電子衍射圖(B)，表明 SMAT-5 試樣距離最表層不同深度 (從 300 到 25 μm) 的顯微組織[11]Fig.1-2 Typical TEM images (A) and the corresponding SAED patterns (B) showing themicrostructures at different depths (from 300 up to 25 μm, as indicated) fromthe topmost surface in SMAT-5 sample[11].距最表層厚度低于 25 μm 時，應(yīng)變速率增大，形變孿晶在塑性變形中起著重要的作用。隨著距最表層厚度的減小，孿晶密度逐漸增大，孿晶厚度逐漸減小 (如圖 1-3 所示)。

圖 1-2 典型的 TEM 明場像(A)和對應(yīng)的選取電子衍射圖(B)，表明 SMAT-5 試樣距離最表層不同深度 (從 300 到 25 μm) 的顯微組織[11]Fig.1-2 Typical TEM images (A) and the corresponding SAED patterns (B) showing themicrostructures at different depths (from 300 up to 25 μm, as indicated) fromthe topmost surface in SMAT-5 sample[11].距最表層厚度低于 25 μm 時，應(yīng)變速率增大，形變孿晶在塑性變形中起的作用。隨著距最表層厚度的減小，孿晶密度逐漸增大，孿晶厚度逐漸減小 1-3 所示)。
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本文編號：2878034