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大塑性变形工业纯铝退火强化效应的研究

曾维  
【摘要】:纯度为99.7%的工业纯铝材料,通过大塑性冷轧变形方式获得超细晶粒(约362nm),经炉内低温退火后,没有立即出现传统的退火致软化现象,材料的屈服强度和抗拉强度反而是增加的,而且延伸率下降,即退火致强化现象。 为了研究超细晶材料退火致强化现象的本质及是否存在退火致强化临界点,本文从变形量退火温度和退火时间三个不同的变量来分别研究。结果表明:1.等效冷轧变形量为4.3的试样的退火致强化现象明显,随着应变量的减小,强化程度逐渐减小至强化现象不明显。2.随着退火时间的增加或退火温度的升高,材料都表现出从退火致强化向退火致软化转变。通过TEM微观结构观察发现,材料退火致强化与材料内部位错密度有密切关系,低温短时退火后,可动位错迅速泯灭于作为位错阱的高角度晶界,可动位错密度明显减少,则再次发生塑性变形时,需要更大的应力驱动新的位错源产生可动位错,故产生退火致强化现象,而晶内作为可承载应变的位错密度减低是材料延伸率减低的主要原因。 通过电脉冲退火处理,可进一步增强材料退火致强化效应。在50HZ低脉冲电流作用极短时间(5s-5 min)后,冷轧纯铝就出现强化效应,其中最佳的处理时间为2min,其强化程度比炉内最优退火处理(150℃30 min)要好很多。通过TEM微观结构对比观察,发现电脉冲退火处理比炉内退火处理致强化效应更好的原因是:(1)更有效的回复过程,即更低的位错密度促使更强的有限位错源强化,(2)更小的晶粒粗化效应导致晶界强化作用削弱更小。通过多次循环应力松弛试验计算材料的激活体积发现,电脉冲退火材料的激活体积比炉内退火材料要大很多,说明电脉冲有助于材料内部位错回复,电脉冲处理材料内的位错在晶内运动过程中所受到的阻力更小,可推测材料退火致强化的本质是有限晶界位错源机制,而不是有限晶内位错源强化。以上结果显示电脉冲退火处理能够有效的分离位错回复和晶粒粗化的耦合作用,可以推测通过大塑性变形+炉内退火+电脉冲退火方式可以获得更大范围的位错密度和晶粒大小组合,对材料科学研究有很重要的意义。


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