低溫大載荷沖擊下純銅和工業(yè)純鐵的微觀組織與性能研究.pdf

1、與傳統(tǒng)粗晶材料相比，塊體超細晶(UFG)材料由于具有更加出色的力學(xué)性能和物理性能，成為當(dāng)前材料領(lǐng)域的研究熱點之一。強烈塑性變形(SPD)由于具有良好的晶粒細化能力，成為當(dāng)前塊體超細晶材料制備最常用的方法之一。近些年來，一些低溫強烈塑性變形技術(shù)如低溫軋制、低溫多向鍛造、低溫高壓扭轉(zhuǎn)、低溫等通道轉(zhuǎn)角擠壓等成功應(yīng)用于塊體超細晶材料的制備。與中高溫強烈塑性變形相比，低溫能夠有效抑制動態(tài)回復(fù)過程，促進材料內(nèi)部位錯的有效積累，誘導(dǎo)機械孿晶的產(chǎn)生，從

2、而提高晶粒細化的效率，在較低的應(yīng)變量下得到超細晶組織。低溫大載荷沖擊變形是一種潛在的用來制備塊體超細晶材料的新方法。與常見的強烈塑性變形方法相比，工藝簡單、無需特殊的設(shè)備，有望制備大尺寸的塊體超細晶材料，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。但目前關(guān)于低溫大載荷沖擊變形制備塊體超細晶材料的研究還十分有限。因此，系統(tǒng)的開展塊體金屬材料在低溫大載荷沖擊下的微觀結(jié)構(gòu)演變與性能研究十分有意義。
　　本文利用金相分析、TEM、XRD、顯微硬度、極化曲線等

3、表征手段系統(tǒng)研究了具有FCC結(jié)構(gòu)純銅和具有BCC結(jié)構(gòu)的工業(yè)純鐵兩種金屬材料在低溫大載荷沖擊變形后的微觀組織演變和腐蝕性能以及隨后退火處理對微觀組織結(jié)構(gòu)和性能的影響。主要研究成果如下:
　　(1)開展純銅低溫大載荷沖擊變形實驗，并成功制備出具有板條狀結(jié)構(gòu)的塊體超細晶純銅材料。當(dāng)應(yīng)變量為2.21時，從橫截面觀察晶粒為等軸狀，尺寸為150～450nm;從縱截面觀察為板條狀，寬度為30～220nm。微觀組織研究表明，純銅低溫大載荷沖擊晶粒

4、細化是位錯胞演變機制、動態(tài)再結(jié)晶機制和孿晶細化機制三者協(xié)同作用的結(jié)果;
　　(2)經(jīng)過190℃退火60min后，純銅發(fā)生再結(jié)晶，高密度位錯消失，晶界清晰平直，晶粒在橫截面上仍為等軸狀，尺寸變?yōu)?00～450nm;縱截面上仍為板條狀，寬度為70～100nm，此外縱截面上還觀察到大量的退火納米孿晶，孿晶的寬度為10～100nm;
　　(3)經(jīng)過低溫大載荷沖擊后，純銅在0.5M NaCl溶液中的腐蝕速率降低;經(jīng)過190℃退火60m

5、in后，試樣的腐蝕速率進一步降低;
　　(4)開展工業(yè)純鐵低溫大載荷沖擊變形實驗，并成功制備出具有板條狀結(jié)構(gòu)的塊體超細晶工業(yè)純鐵材料。當(dāng)應(yīng)變量為2.21時，從橫截面觀察晶粒為等軸狀，尺寸為100～300nm;從縱截面觀察為板條狀，寬度為100～350nm。微觀組織研究表明，工業(yè)純鐵低溫大載荷沖擊晶粒細化主要是由晶粒破碎機制和位錯胞細化機制協(xié)同作用來完成的。此外，滲碳體的存在也對工業(yè)純鐵的晶粒細化起到一定的促進作用;
　　(5

6、)經(jīng)過500℃退火60min以后，工業(yè)純鐵內(nèi)部位錯密度明顯降低，晶粒輪廓清晰，晶粒在橫截面上仍為等軸狀，尺寸變?yōu)?20～310nm;縱截面上仍為板條狀，寬度變?yōu)?0～350nm。與純銅不同的是，退火處理后沒有觀察到退火孿晶組織;
　　(6)經(jīng)過低溫大載荷沖擊后，工業(yè)純鐵在0.5M NaCl溶液中的腐蝕速率降低，鈍化電流減小，鈍化區(qū)間變寬，鈍化能力得到明顯改善;經(jīng)過500℃退火60min后，雖然腐蝕速率增大，但鈍化區(qū)間進一步增加，鈍