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

2、為及其本構(gòu)關(guān)系，首先對(duì)超細(xì)晶Cu在不同應(yīng)變率下的力學(xué)特性進(jìn)行了研究，然后結(jié)合納米壓痕技術(shù)對(duì)超細(xì)晶銅在不同道次下的硬度進(jìn)行研究分析，研究了不同道次對(duì)純銅熱激活體積和應(yīng)變率敏感性的影響性，對(duì)變形機(jī)理進(jìn)行分析，最后為了對(duì)這種超細(xì)晶Cu的塑性流動(dòng)本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究，首先基于金屬塑性流動(dòng)的熱激活位錯(cuò)滑移機(jī)理，以典型鋼 DH36等金屬材料塑性流動(dòng)本構(gòu)關(guān)系研究為基礎(chǔ)，再結(jié)合超細(xì)晶銅Cu的劇塑性流變的特點(diǎn)，獲得了DH36鋼和超細(xì)晶Cu的塑性流動(dòng)本構(gòu)關(guān)系，

3、本論文研究?jī)?nèi)容如下：
　　（1）為了測(cè)試超細(xì)晶Cu在不同應(yīng)變率下的劇塑性變形力學(xué)特性，利用MTS試驗(yàn)機(jī)與分離式Hopkinson壓桿技術(shù)對(duì)超細(xì)晶Cu材料分別了進(jìn)行10--3/s和約4,000/s應(yīng)變率下的力學(xué)特性進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明在10--3/s應(yīng)變率下，隨著擠壓道次數(shù)的增加，Cu的流動(dòng)應(yīng)力呈現(xiàn)先增大而后逐漸減小至穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)，而在約4,000/s應(yīng)變率的動(dòng)態(tài)加載下，隨著擠壓道次數(shù)的增加，材料的流動(dòng)行為則表現(xiàn)為逐漸增大進(jìn)而穩(wěn)定

4、的趨勢(shì)。
　?。?）為了研究超細(xì)晶 Cu硬度與擠壓道次、應(yīng)變率的關(guān)系，基于納米壓痕技術(shù)，通過應(yīng)變率階躍試驗(yàn)，獲得材料在不同應(yīng)變率下的硬度隨著道次增加的變化關(guān)系，通過對(duì)其應(yīng)變率敏感性以及熱激活體積進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，隨著變形的增加，超細(xì)晶Cu的應(yīng)變率敏感性呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，而熱激活體積則是先減小而后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。
　?。?）為了揭示超細(xì)晶 Cu晶界取向?qū)α鲃?dòng)應(yīng)力的影響，文中基于 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(dǎo)出流動(dòng)應(yīng)力與晶界取向演化、亞晶內(nèi)位錯(cuò)密度以及晶粒尺度的關(guān)系式，揭示了隨著大角晶界比例的增加，材料的屈服應(yīng)力下降，進(jìn)而對(duì)應(yīng)變率敏感性以及熱激活體積的變化趨勢(shì)進(jìn)行理論解釋。
　?。?）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(shù)，對(duì)4種代表道次的試樣進(jìn)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(duì)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(huì)嚴(yán)重影響材料的力學(xué)性能。
　?。?）為了獲得超細(xì)晶 Cu的劇塑性流動(dòng)本構(gòu)方程，首先基于物理概念塑性流動(dòng)本構(gòu)理論，結(jié)合系統(tǒng)試驗(yàn)與唯象本構(gòu)方法，對(duì)典型金屬材料 DH-36鋼等幾種材料的塑性流動(dòng)本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究。然而，通過對(duì)這類模型進(jìn)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(dòng)本構(gòu)關(guān)系研究思路和方法