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多晶铜冷轧塑性变形微观组织与织构演化的机理研究

王文彪  
【摘要】:晶体塑性有限元模拟是将晶体塑性力学本构关系与有限元方法相结合,从晶粒尺度上模拟金属的塑性变形过程。晶体塑性理论引入了塑性剪切应变来描述滑移系上的位错运动,运用统计学思想将不连续的位错运动看作连续的塑性变形过程,从而将微观结构与宏观的连续介质力学联系在一起。因此,晶体塑性有限元在模拟材料变形过程中织构演变及其对性能的影响等方面有着突出的优势。本文以T2紫铜为研究对象,通过对其进行单轴拉伸实验和单向冷轧实验,并结合金相显微技术(OM)、电子背散射衍射技术(EBSD)和晶体塑性有限元模拟,研究了多晶铜冷轧塑性变形微观结构演化规律,揭示了多晶铜冷轧塑性变形机制,本论文的研究成果如下。(1)通过对多晶铜在不同拉伸和轧制变形量后的试样进行实验表征,发现位错滑移是多晶铜主要的塑性变形机制。在多晶铜塑性变形过程中,晶粒形态发生明显变化,即沿着拉伸或轧制方向变成细长状。塑性变形使位错产生增殖,位错的运动重构使其相互缠绕形成位错墙,晶粒内部小角度晶界增多;(2)通过对不同拉伸和轧制变形下的多晶铜试样进行EBSD实验分析,得出多晶铜在单轴拉伸变形过程中,随着变形量的增加,极图的强度沿着拉伸方向成对称分布,形成典型的丝织构,即111丝织构;多晶铜在冷轧过程中,随着轧制的变形量增加,{111}面极密度呈唇形分布,{110}面织构强度增加,而且集中在ND方向,形成{110}112板织构;(3)构建多晶铜晶体塑性有限元模型,通过试错法拟合单轴拉伸实验所得应力-应变曲线确定了相应晶体塑性材料参数。模拟结果表明,晶体塑性有限元能够很好的模拟多晶铜的应力应变力学行为,而且能够很好的捕捉织构演化的主要特征。随着变形程度的增加,111丝织构逐步形成,从而形成择优取向。且在拉伸塑性变形过程中,应力应变分布不均匀;(4)利用晶体塑性有限元模拟对多晶铜冷轧制过程进行数值模拟,得出多晶铜晶粒在塑性变形过程中,应力应变分布不均匀,晶粒塑性变形所受到的变形抗力随着变形强度的增加而增加。由于周围晶粒协调变形的要求,呈现多系滑移的特征,随着变形的增大,滑移系的启动数目增多,且不同的滑移系对塑性变形的贡献值也不同。


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