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Cu-Zn合金及Cu-Al合金强塑性行为机理的研究

梁晓光  
【摘要】:目前,对金属材料强塑性机理的研究主要集中在应变硬化的理论上,应变硬化和材料中的微观结构演变有关(如位错的运动)。应变硬化理论的主要目标是解释拉伸或压缩的应力-应变曲线,理解材料在应变过程中微观结构演变,然而其演变过程尚未清楚。因此有必要对应变硬化行为进行进一步的研究;对于大塑性(SPD)变形方法制备的超细晶合金材料,其强度相对其粗晶材料有了大幅度的提高,但是塑性非常低,使得这些材料仍得不到广泛的应用。因此,对于SPD方法制备的超细晶材料,其强度与塑性的影响机理成为了材料领域研究的热点。 本课题通过Cu及Cu-Zn合金的压缩实验,分析了不同层错能(Cu、Cu-10wt.%Zn和Cu-20wt.%Zn,Cu-30wt.%Zn其层错能分别为80mJ/m2、36mJ/m2、18mJ/m2、14mJ/m2)Cu及Cu-Zn合金的真应力-真应变曲线。对于压缩试验得到的真应力-真应变曲线,把Cu及Cu-Zn合金加工硬化行为以0.1的应变量为界点分为两个不同的阶段。0.1应变量之前的材料强化机理很复杂,主要受孪生、固溶强化、有序强化、位错胞等的综合影响,使得Cu、Cu-10wt.%Zn、Cu-20wt.%Zn和Cu-30wt%Zn的强度在0.1应变量前依次递减。当应变量超过0.1,材料的强化机制主要包括细晶强化与变形孪晶强化。因此,实验中,通过压缩过程中不同阶段的分析,揭示了材料应变硬化行为及材料在应变过程中的微结构演变机理。 通过对多道次冷轧(SPD方法)Cu合金(包括Cu-Zn、Cu-A1合金)进行5次应力释放试验,每次持续50s,描述了物理活化体积V’、应变速率敏感系数m值和可动位错密度Pm/Pm0对SPD法制备的Cu-Zn、Cu-A1合金的强度和塑性的影响机理。实验中,V*值在1b3-100b3之间,说明材料变形过程包括位错的累积、形核、交割,和晶界的滑移;m值都在0.02-0.03范围内,表明由SPD法制备的材料均不产生超塑性;Pm/Pm0值随着Cu中Zn或Al元素成分的增加,其值降低的很小,表明SPD法制备的材料存在大量的变形孪晶,同时变形孪晶能有效的促进应变硬化和维持可动位错。


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