超細晶Cu的劇塑性流變行為及本構(gòu)理論.pdf

1、在提高金屬材料強度方法方面，晶粒細化是在不影響材料韌性的情況下提高金屬強度的最有效方法之一。在諸多通過劇烈塑性變形的晶粒細化工藝方法中，等徑角通道擠壓技術（ECAE，Equal Channel Angle Extrusion）作為一種典型有效的方法，已被廣泛應用于各種金屬材料的晶粒細化。純銅作為一種在各個領域被廣泛使用的材料，其晶粒細化一直受到研究者的關注。
　　在本文工作中，為了揭示通過 ECAE制備的超細晶 Cu的劇塑性流變行

2、為及其本構(gòu)關系，首先對超細晶Cu在不同應變率下的力學特性進行了研究，然后結(jié)合納米壓痕技術對超細晶銅在不同道次下的硬度進行研究分析，研究了不同道次對純銅熱激活體積和應變率敏感性的影響性，對變形機理進行分析，最后為了對這種超細晶Cu的塑性流動本構(gòu)關系進行研究，首先基于金屬塑性流動的熱激活位錯滑移機理，以典型鋼 DH36等金屬材料塑性流動本構(gòu)關系研究為基礎，再結(jié)合超細晶銅Cu的劇塑性流變的特點，獲得了DH36鋼和超細晶Cu的塑性流動本構(gòu)關系，

3、本論文研究內(nèi)容如下：
　?。?）為了測試超細晶Cu在不同應變率下的劇塑性變形力學特性，利用MTS試驗機與分離式Hopkinson壓桿技術對超細晶Cu材料分別了進行10--3/s和約4,000/s應變率下的力學特性進行了測試，結(jié)果表明在10--3/s應變率下，隨著擠壓道次數(shù)的增加，Cu的流動應力呈現(xiàn)先增大而后逐漸減小至穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢，而在約4,000/s應變率的動態(tài)加載下，隨著擠壓道次數(shù)的增加，材料的流動行為則表現(xiàn)為逐漸增大進而穩(wěn)定

4、的趨勢。
　　（2）為了研究超細晶 Cu硬度與擠壓道次、應變率的關系，基于納米壓痕技術，通過應變率階躍試驗，獲得材料在不同應變率下的硬度隨著道次增加的變化關系，通過對其應變率敏感性以及熱激活體積進行分析發(fā)現(xiàn)，隨著變形的增加，超細晶Cu的應變率敏感性呈現(xiàn)增加的趨勢，而熱激活體積則是先減小而后趨于穩(wěn)定的趨勢。
　?。?）為了揭示超細晶 Cu晶界取向?qū)α鲃討Φ挠绊懀闹谢?Gourdet的再結(jié)晶以及晶界遷移理論的三參數(shù)本構(gòu)模型

5、推導出流動應力與晶界取向演化、亞晶內(nèi)位錯密度以及晶粒尺度的關系式，揭示了隨著大角晶界比例的增加，材料的屈服應力下降，進而對應變率敏感性以及熱激活體積的變化趨勢進行理論解釋。
　　（4）為了研究不同擠壓道次下材料的微觀結(jié)構(gòu)，基于背散射電子衍射（EBSD，electron backscattering diffraction）技術，對4種代表道次的試樣進行了微觀分析，結(jié)果顯示，隨著擠壓道次增加到32道次，大角晶界的比例增加到41％，晶

6、粒尺度下降到341nm；而對于具有相同等效變形的試樣，晶粒尺度以及大角晶界的比例會嚴重影響材料的力學性能。
　?。?）為了獲得超細晶 Cu的劇塑性流動本構(gòu)方程，首先基于物理概念塑性流動本構(gòu)理論，結(jié)合系統(tǒng)試驗與唯象本構(gòu)方法，對典型金屬材料 DH-36鋼等幾種材料的塑性流動本構(gòu)關系進行了系統(tǒng)研究。然而，通過對這類模型進行理論分析發(fā)現(xiàn)，這類物理概念模型并不適用于材料劇塑性變形。為此，文中作者借鑒了這些金屬的塑性流動本構(gòu)關系研究思路和方法