層錯能及溫度對銅合金強烈塑性變形組織演變和性能的影響.pdf

1、納米材料由于其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能而被廣泛關(guān)注。表面機械研磨處理（SMAT）是一種強烈塑性變形方法，可在塊體金屬原位獲得由表層納米晶組織到基體粗晶的梯度結(jié)構(gòu)。溫度和層錯能是影響金屬塑性變形的重要因素，同種金屬在不同溫度下變形機理會發(fā)生改變，而層錯能對晶粒細(xì)化機制有著決定性作用。純銅具有面心立方結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出良好的塑性變形能力，通過添加合金元素可改變其層錯能，為研究層錯能對塑性變形的影響提供良好的樣品。
　　本文首先利用層錯能的熱力

2、學(xué)計算模型計算了銅合金的層錯能。而后基于SMAT技術(shù)，選取純銅及銅鈦合金為研究對象，通過金相顯微鏡（OM）、X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）對試樣組織結(jié)構(gòu)進行表征，并對SMAT前后試樣的硬度和腐蝕性能進行了測試。最后，系統(tǒng)的探討了溫度對純銅SMAT后和層錯能對銅鈦合金SMAT后組織演變和性能的影響。主要得出以下結(jié)論：
　　1、利用熱力學(xué)計算模型分別研究了純Cu、Cu-Ti和Cu-Zn合金的層錯能隨溶質(zhì)元

3、素含量增加時的變化，并與文獻中的實驗結(jié)果進行對比，結(jié)果表明純Cu和Cu-Zn合金的計算值和實驗值基本一致。表明計算模型可靠性高，所計算Cu-Ti合金層錯能值可作為判定其塑性變形機理的依據(jù)。在室溫條件下，隨溶質(zhì)元素含量的增加，Cu-Ti和Cu-Zn合金的層錯能都逐漸降低，且高價溶質(zhì)元素Ti對Cu合金層錯能的影響更大。隨溶質(zhì)元素含量的增加，溶質(zhì)元素偏聚自由能對層錯能的影響增大。
　　2、Cu-Ti合金相比純Cu層錯能降低，SMAT后純

4、銅中出現(xiàn)了典型的流變組織的特征，而 Cu-Ti合金中未出現(xiàn)流變組織，而是由表面細(xì)晶層直接到粗晶組織，出現(xiàn)了分層現(xiàn)象。隨Ti含量的增加，分層現(xiàn)象越來越明顯。
　　3、Cu-2wt.％Ti、Cu-3wt.%Ti和Cu-4wt.%Ti三種合金通過SMAT在試樣表面成功制備了納米結(jié)構(gòu)表層，隨SMAT處理時間的延長，表層越來越厚。其中，Cu-4wt.%Ti SMAT60min試樣分層現(xiàn)象最明顯，表層最厚，表層平均晶粒尺寸為～100nm。

5、r>　　4、Cu-Ti合金塑性變形的主要方式為形變孿生，晶粒細(xì)化過程分為三步：平面型位錯列和形變孿晶的形成；孿晶交互作用分割晶粒；晶粒細(xì)化形成納米晶。
　　5、SMAT處理后Cu-Ti合金樣品表層顯微硬度明顯提高，并隨著距表面距離的增加而先增加后減小，直至基體。對不同Ti含量的Cu合金，表面顯微硬度隨層錯能的減小而增加。
　　6、在室溫（RT）和液氮（LN）條件下對純銅試樣SMAT30min，兩種試樣均實現(xiàn)了表面納米化。RT

6、-Cu和LN-Cu試樣表面納米晶層厚度分別為～25μm和～20μm，兩者納米層平均晶粒尺寸分別為49nm和38nm。SMAT處理后試樣表層的顯微硬度顯著提高，隨距表面距離的增大而減??；表面耐腐蝕性都有所降低，LN-Cu試樣耐腐蝕性的降低程度要比RT-Cu試樣小。
　　7、RT-Cu和LN-Cu試樣經(jīng)SMAT處理，溫度的不同導(dǎo)致二者變形機理不同。RT-Cu變形機理為位錯滑移主導(dǎo)的塑性變形。LN-Cu試樣由于溫度較低，位錯滑移受到抑制