低應(yīng)變和中等應(yīng)變晶界工程研究

1、1低應(yīng)變和中等應(yīng)變晶界工程的研究摘要晶界工程（GBE）處理過(guò)程，包括低應(yīng)變（5％變形）迭代處理，已對(duì)銅進(jìn)行了實(shí)施。已經(jīng)通過(guò)施加正拉力和硬度測(cè)量得到取向差和晶界平面統(tǒng)計(jì)數(shù)字。在首個(gè)兩次迭代處理中Σ3所占的長(zhǎng)度分?jǐn)?shù)和Σ9Σ3的值的比例下降，而最大的晶界工程取向差統(tǒng)計(jì)數(shù)字是通過(guò)三次迭代處理后實(shí)現(xiàn)的。分析力學(xué)性能數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)前三次迭代處理的應(yīng)變積累的能量，足以提供足夠的動(dòng)力來(lái)迫使Σ3界面擴(kuò)展。Σ3界面的分布密度比晶界密度在硬化率上有較大影響。

2、這一發(fā)現(xiàn)表明在晶界工程處理早期階段發(fā)揮重要作用的Σ3界面起阻礙塑性流動(dòng)的作用。從樣本數(shù)據(jù)看，低應(yīng)變迭代處理和中等應(yīng)變（25％變形）迭代處理也是可以比較的。關(guān)鍵詞：銅；電子背散射衍射（EBSD）；晶界孿晶1、引言為了增加“特殊”的界面，對(duì)晶界工程（GBE）進(jìn)行特定的熱機(jī)械處理，那些靠的很近的幾何界面的特殊界面導(dǎo)致改善性能[1]。晶界工程大多是基于利用具有低層錯(cuò)能金屬合金的退火孿晶的多樣性，以便得到高比例的Σ3巧合晶界。晶界工程中的典型材料

3、的熱機(jī)械加工涉及運(yùn)用多次退火冷變形。近幾年已發(fā)展了晶界工程處理中兩種類型。這些通常被稱為“應(yīng)變退火”，它使用的變形程度低，一般510％，而“再結(jié)晶應(yīng)變”，它采用中等程度的變形，通常2030％[1，2]。使用最廣泛的晶界工程處理是涉及到商業(yè)性的開發(fā)。一個(gè)典型的處理過(guò)程是2030％的47次的變形，它通過(guò)的退火是在剛高于再結(jié)晶退火溫度以上的某一溫度下的幾分鐘的退火（如[3]）。透射電子顯微鏡（TEM）研究表明，“再結(jié)晶應(yīng)變”，是一個(gè)不準(zhǔn)確的過(guò)

4、程描述，因?yàn)椴蛔銘?yīng)變主要在允許短時(shí)退火再結(jié)晶成核的晶界[4]。另一方面應(yīng)變退火晶界工程比應(yīng)變?cè)俳Y(jié)晶晶界工程涉及的應(yīng)變應(yīng)用要低，在足夠高的溫度下退火可使應(yīng)變強(qiáng)化晶界遷移。再結(jié)晶被這些聯(lián)合溫度應(yīng)變水平排除。有三個(gè)變種的應(yīng)變晶界工程退火處理：長(zhǎng)期退火[5]，多周期短時(shí)退火[6]和單周期短時(shí)退火[7]。雖然應(yīng)變?cè)俳Y(jié)晶和應(yīng)變退火晶界工程加工路線已有相當(dāng)頻繁的調(diào)查，但是兩條路線之間沒有直接的比較來(lái)評(píng)價(jià)其相對(duì)優(yōu)點(diǎn)。它們都可增加Σ3晶界的比例，并將這些

5、晶界歸入晶界系列，它是晶界工程微結(jié)構(gòu)[8]。有報(bào)道說(shuō)，通過(guò)應(yīng)變退火路線控制晶粒尺寸是比較困難的，有時(shí)晶粒生長(zhǎng)的結(jié)果是普遍不愿得到的[1]。3次迭代處理后Σ3比例如圖2，既是晶界總長(zhǎng)度的一小部分（圖2a），又是晶界數(shù)量的一小部分（圖2b）。對(duì)圖2還包括Σ9和Σ27晶界。這些晶界（尤其是Σ9）大部分是Σ3晶界相互作用的結(jié)果。這已經(jīng)在其他地方[8，12]記錄了。雖然單步處理后Σ3的比例大幅度提高，但隨后的處理表明，Σ3部分在減少，但除了導(dǎo)致長(zhǎng)

6、度67％Σ3的最高值的第三次迭代處理。同樣，單步處理后，Σ9比例增加，但由于迭代處理而表現(xiàn)出的為不穩(wěn)定和高峰值，也第三次迭代后。Σ9Σ3長(zhǎng)度比在0.05和1.0之間，而Σ9Σ3數(shù)量比幾乎是一致的，在0.14和0.35之間，在第三次迭代達(dá)到高峰。為了獲得晶粒尺寸和Σ統(tǒng)計(jì)數(shù)字，采集每個(gè)試樣的幾個(gè)定位圖。Σ值在試樣內(nèi)部很少有變化。如表1所示，是所有試樣的典型。用每個(gè)樣品的拉伸數(shù)據(jù)繪制的真應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3a所示。同一試樣進(jìn)行五次拉伸試驗(yàn)，圖3

7、a是每個(gè)系列的典型代表曲線示。每一系列的試樣的拉伸數(shù)據(jù)變化不大，例如第一個(gè)迭代處理后的拉伸強(qiáng)度從194Nmm?2變化到203Nmm?2。單步處理后拉伸強(qiáng)度和應(yīng)變失效都增加，與單步處理相比，第一次處理后進(jìn)一步增加。此后，除第三迭代迭代處理外所有其他迭代處理后，應(yīng)變到失效減少，拉伸強(qiáng)度基本保持不變。圖3表示從應(yīng)變到失效過(guò)程和Σ3s長(zhǎng)度之間存在的關(guān)系。每個(gè)加工階段的應(yīng)變硬化指數(shù)已從真應(yīng)力應(yīng)變曲線中計(jì)算出來(lái)，這是圖所示直線的斜率，如圖3c。單步

8、處理的應(yīng)變硬化指數(shù)為0.61，而迭代處理后的應(yīng)變硬化指數(shù)范圍在0.320.43之間，但迭代處理除了第三次迭代（0.60）和第五次迭代（0.58）。圖4顯示了每個(gè)樣本的平均硬度。很顯然，750C下45分鐘的單步處理，試樣能夠充分軟化，因?yàn)橛捕葴p少一半。此后，在首次兩個(gè)迭代處理中硬度稍有恢復(fù)，在第三次迭代處理和最終迭處理代有所減少，在最后兩個(gè)迭代處理中稍微增加。4、討論該取向差數(shù)據(jù)顯示，相對(duì)于單步試樣，迭代處理在第三次迭代后只會(huì)產(chǎn)生額外的晶