大变形叠轧制备超细晶铜材织构组织演变规律研究

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本文主要对X-射线衍射极图织构分析方法、取向分布函数(ODF)分析方法和残余应力分析方法等进行了改进;对叠轧铜深度塑性变形织构和退火织构的演变进行了研究;对立方结构金属材料的织构特征进行了初步探索。在整个博士论文的研究中,有如下创新点和发现:1.建立了理论极图的计算方法,绘制了部分常见织构的理论极图。2.建立了一套数学计算方法可由织构分析结果计算出参与塑性变形的滑移系和取向因子。3.在没有专用的残余应力附件和分析软件的前提下,利用织构附件,建立了一套完整的X-射线衍射残余应力分析方法。4.提出了无标样ODF分析法,实验证实是可行的。发现许多粉末物质散焦校正的一组K值非常接近,这是无标样ODF分析法的基础。5.建立了对ODF分析结果进行验算的方法。6.揭示了大变形叠轧铜的织构组织的演变规律。当叠轧次数大于或等于6道次即真应变不小于4.2时,异步叠轧铜浅表层的变形织构是剪切织构{100}<011>,并且近表层的剪切织构强度明显大于表面的织构强度,而样品里层的织构都是{211}<111>铜织构;普通叠轧铜的表层和里层都是{211}<111>铜织构,同样近表层的织构强度明显大于表面的织构强度。不管是异步叠轧还是同步叠轧,铜样品里面各层的{211}<111>铜织构强度均匀一致,织构在板厚方向沿中心层分布是对称的。当叠轧次数从6道次增至10道次时,未发现织构组分和织构强度的显著变化,这表明深度轧制时,剪切织构和铜织构都是主要的变形织构。深度叠轧纯铜经退火后织构发生了变化。在退火的初始阶段(240-260℃×1h),试样的退火织构主要是{112}<11l>铜织构、{100}<011>剪切织构和{111}<211>退火织构。在退火的中间阶段(300-340℃×1h),试样的退火织构中不再有{112}<111>铜织构、{100}<011>剪切织构,主要是{111}<211>退火织构和{001}<100>立方织构;在退火的最后阶段(380-600℃×1h),同步叠轧试样的再结晶织构只有立方织构,而异步叠轧试样除立方织构外还有{221}<122>织构。{221}<122>再结晶织构的形成可能与{001}<110>剪切织构有关。铜的深度叠轧织构组织不稳定。相邻两层的界面限制了晶粒的变形范围,对织构的发展有显著的影响。异步叠轧和同步叠轧一样,变形量并不是越大越好,存在着一个临界变形量,使晶粒变形织构达到极限状态。异步叠轧与同步叠轧对硬度几乎没有影响。随着叠轧次数增加,硬度并没有显著增加,而是趋于饱和。晶粒大小、位错密度、微观应变、晶格点阵常数等微观结构参数存在一个饱和值,不能随着变形量的递增而显著地变化。这说明深度塑性变形对性能的改善是有一定限度的。7.用实验方法揭示了立方结构金属材料的织构特征。定向凝固、化学气相沉积、离子溅射和电镀等4种方式的晶体生长有共性,对立方结构金属而言,在基体表面法线方向上晶体的生长方向一般是<111>或<100>,在垂直于法线方向的平面上晶体生长一般是随机的。例如,化学气相沉积(CVD)钽的织构是<100>//ND,电镀Au形成(100)//ND或(111)//ND两种织构,离子溅射Ag和它的退火态(500℃×1h)的织构都是(111)//ND。金属在锻压、挤压和拉拔的过程中形成的变形织构都相同,主要是丝织构,有<100>//轴向、<110>//轴向和<111>//轴向3种。它们的退火再结晶织构与原来的变形丝织构通常一致。例如,锻压纯铜的加工态(98%的变形量)和退火态(600℃×2h)的织构都是<110>//轴向,两者的织构密度十分接近。纯金属轧制后的退火织构一般与原来的变形织构完全不同,而合金轧制后的退火再结晶织构一般与原来的变形织构基本相同,这显然是合金元素对变形组织有钉轧作用。例如,纯Cu的轧制织构是{211}<111>铜织构,纯Cu的退火织构是立方织构;经650℃×1.5h的退火后,AgCu28的退火织构仍保留为{110}<112>黄铜变形织构。金属材料原子排列的各向异性直接导致性能的各向异性。有brass织构的金属一般具有沿TD的抗拉强度大于沿RD的抗拉强度。例如,加工态的AgCu28沿TD和RD拉伸的抗拉强度分别是750MPa和680MPa。退火态的AgCu28沿TD和RD拉伸的抗拉强度分别是374MPa和327MPa。
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