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SPS制备细晶铝的形变微观组织与力学性能研究

乐国敏  
【摘要】:细晶材料由于可达到高强度而受到广泛关注,但一般情况下能达到的塑性有限,为了得到良好的性能结合,十分有必要进行细晶材料的形变机理研究,此研究不仅可在工业领域为其应用提供基础理论指导,同时在科学领域可作为连接粗晶和纳米晶的桥梁,对目前颇具争议的纳米晶形变机理研究起指导作用。 本文主要选用细晶铝来进行形变机理研究,关注形变微观组织演变,及组织与力学性能之间的关系。一个简单的形变前组织是研究的关键,本文利用放电等离子体烧结(SPS)技术制备了平均晶粒尺寸为5.2~0.8m的铝样品,这些样品具有等轴的完全再结晶晶粒和随机织构。在此基础上,利用ECC,EBSD和TEM等技术对压缩变形中的微观组织演变进行了详细的研究;利用弱束暗场技术对位错界面及位错柏氏矢量进行表征,结合Frank公式,Schmid因子和Bishop-Hill模型对开动的滑移系进行了深入的分析和讨论;最后,基于系统的微观组织研究结果和拉伸/压缩测试,对微观组织与力学性能的关系进行了定性与定量的分析。 研究主要结果如下:(1)晶粒尺寸影响形变微观组织演变。随着晶粒尺寸的减小,晶粒内部形成的微观组织类型发生转变,位错界面的排列更加不规则。而当晶粒尺寸减小至1m以下后,晶粒内部形成的位错界面越来越少。(2)晶粒尺寸影响组织与取向的对应关系。随着晶粒尺寸的减小,III型组织对应的取向范围增加,从反极图三角形的[111]附近扩张到[100]-[110]线附近。(3)以上晶粒尺寸的影响是由于细晶中开动滑移系与粗晶不同,通过标定和分析细晶中位错界面上位错网络的柏氏矢量,发现细晶开动的滑移系比粗晶多,且Schmid因子最大的滑移系的主导地位减弱。对于细晶的变形,利用Bishop-Hill模型比Schmid因子能更好地预测滑移系的开动。(4)形变微观组织演变影响着力学性能,具体表现为平均晶粒尺寸大于1.3m的样品在形变中形成位错界面产生加工硬化,而平均晶粒尺寸降低到0.8m的样品在形变中不形成或很少形成位错界面而缺乏加工硬化。(5)对于产生了加工硬化的细晶铝样品,利用氧化物颗粒强化、林位错强化和晶界强化建立模型对流变应力进行预测,发现当利用2~3o区分林位错强化和晶界强化时,能得到预测值和实验值的良好匹配。


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