作為多晶材料顯微組織的基本結(jié)構(gòu)單元,三叉結(jié)(即三叉晶界,以下同)不僅會影響晶界的遷移和晶粒的長大,對材料組織結(jié)構(gòu)的演變具有重要作用,它也是金屬材料形變再結(jié)晶相關(guān)組織設(shè)計和性能調(diào)控研究中重點關(guān)注的因素。本文利用電子背散射衍射(EBSD)技術(shù)離線原位研究了面心立方結(jié)構(gòu)高純鋁和高純鎳三叉結(jié)的變形行為(變形量為5%-35%的中小變形)及其退火行為,結(jié)合微觀塑性變形理論和金屬材料形變再結(jié)晶理論及透射電子顯微鏡(TEM)對變形高純銅三叉結(jié)位錯結(jié)構(gòu)的觀察和分析,研究了面心立方金屬三叉結(jié)的變形機制和退火機理,為此類金屬顯微組織設(shè)計和性能調(diào)控提供了重要依據(jù)。經(jīng)不同厚度壓下量冷軋變形的高純鋁和高純鎳,其三叉結(jié)及晶界附近的應(yīng)變比晶粒內(nèi)部大,三叉結(jié)處點對原點的取向差與晶粒的取向有關(guān),表現(xiàn)為軟取向晶粒的取向差大,硬取向晶粒的取向差小,表明三叉結(jié)處軟取向晶粒應(yīng)變大,硬取向晶粒應(yīng)變小。在高純鋁中,冷軋變形量為15%時,滑移線能通過小角度晶界,不能通過大角度晶界,此行為在三叉結(jié)附近保持不變;當(dāng)軋制變形量大于17%時,在晶界附近產(chǎn)生晶界影響區(qū),此行為在三叉結(jié)附近更明顯。冷軋變形的高純鋁,其三叉結(jié)和晶界均在退火過程中發(fā)生遷移,并在原來位置留下鬼線。在退火過程中,一般大角度晶界遷移較快,小角度晶界遷移較慢,而三叉結(jié)遷移則更慢,表明三叉結(jié)對晶界的遷移有明顯的拖曳或釘扎作用。晶界的遷移是由施密特因子小的晶粒向施密特因子大的晶粒遷移,即由硬取向晶粒向軟取向晶粒遷移,遷移后,晶界變得更彎曲,且晶界的遷移距離明顯比三叉結(jié)的遷移距離大。在進一步退火過程中,晶界與三叉結(jié)亦進一步遷移,且變形量為10%的樣品,其晶界和三叉結(jié)在退火過程中有最大遷移量,而變形量大于17%的樣品,其晶界和三叉結(jié)在退火過程中均遷移到晶內(nèi)滑移帶終止的地方,即晶界影響區(qū)。軋制變形高純鋁和高純鎳,在退火過程中均在三叉結(jié)處形成與基體呈孿晶關(guān)系的晶核,其關(guān)聯(lián)界面為非共格Σ3晶界,高純鋁的形核率比高純鎳的低。在高純鋁中,再結(jié)晶晶核是通過大角度晶界從硬取向晶粒向兩個軟取向晶粒遷移在三叉結(jié)處形成的;而在高純鎳中,再結(jié)晶晶核是在至少包含兩條一般大角度晶界的三叉結(jié)處原位形成。在進一步退火過程中,高純鋁和高純鎳三叉結(jié)處的再結(jié)晶晶核大部分被其它快速長大的晶粒所吞并。那些快速長大的晶粒均是初始組織中的原有晶粒,他們通過形變誘發(fā)晶界遷移的方式快速長大。在高純鎳中,原有晶粒的形變誘發(fā)晶界遷移可激發(fā)出大量Σ3n(n=1,2,3)等特殊晶界,而在高純鋁中,沒有發(fā)生此類現(xiàn)象。分析認(rèn)為,退火初期,中小變形高純鋁和高純鎳三叉結(jié)處生成與基體呈Σ3界面關(guān)系的再結(jié)晶晶核只是起到了釋放該處應(yīng)變集中的作用。利用TEM對中小變形高純銅三叉結(jié)處的位錯結(jié)構(gòu)進行了觀察和分析,研究了位錯結(jié)構(gòu)、軋制變形量和三叉結(jié)處晶粒取向三者之間的關(guān)系。結(jié)果表明:三叉結(jié)處位錯密度隨著變形量的增大而增加;變形量較小時,位錯成線性分布,變形量較大時,位錯纏結(jié)咸網(wǎng)狀分布;在相同變形量條件下,三叉結(jié)處軟取向晶粒內(nèi)部的位錯密度明顯高于硬取向晶粒內(nèi)部的位錯密度;三叉結(jié)處的位錯均為(1/2)0 1 1全位錯。進一步結(jié)合微觀塑性變形理論和金屬材料形變再結(jié)晶理論進行分析后認(rèn)為,不管是高層錯能的高純鋁,還是中低層錯能的高純鎳(或高純銅),在中小變形過程中,其三叉結(jié)處均以開動(1/2)0 1 1全位錯的方式發(fā)生塑性變形,并且,由于變形時的應(yīng)力連續(xù)分布和晶界對位錯滑移的阻礙作用,導(dǎo)致了三叉結(jié)處軟、硬晶粒的應(yīng)變差異;在變形后的退火過程中,三叉結(jié)處的晶界自然由形變儲能較小的硬取向晶粒向形變儲能較大的軟取向晶粒一側(cè)遷移;遷移的晶界與(1/2)0 1 1全位錯交互作用導(dǎo)致原子面重排,并生成與硬取向晶粒呈Σ3取向差關(guān)系的再結(jié)晶晶核;再結(jié)晶晶核的生成釋放了三叉結(jié)處的應(yīng)變集中,再加之晶核與基體晶粒之間的Σ3晶界動性較低,這些晶核均被其它動性較高的快速遷移的晶界所掃除(或被其它快速長大的晶粒所吞并)。
【學(xué)位單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG156.2
【部分圖文】：

５％變形后的應(yīng)．變分布及其在退火回復(fù)過程中－Ｔ？均取向差的變化。研究結(jié)果表明??冷乳變形后三個晶粒的變形不均勻，三叉結(jié)附近存在很強的變形不均勻性，如??圖１．４所示。在３６０?°Ｃ進行不同時間退火時，三叉結(jié)附近的平均取向差增大，??并且觀察到某些取向差很小的晶界在退火過程中發(fā)生遷移（見圖１．５和圖１．６）。??通常情況下，Ｔ？均取向差會隨著退火的進行有所降低，該研究結(jié)果說明三叉結(jié)??的形變和回復(fù)行為的確不同于晶內(nèi)和晶界，這與三叉結(jié)處晶體取向的突變以及??材料流變在兩個力向上受到制約有關(guān)。??ｓｏｕｒｃｅ??＾?＼?ｐｏｓｓｉｂｌｅ?ｃｒａｃｋ?ｌｏｃａｔｉｏｎｓ??Ｉ?＾￣—?—?—Ｉ?ｓｏｕｒｃｅ??，Ｘ／?４??ｓｏｕｒｃｅ??圖１．３三叉結(jié)處位錯的塞積模型［２９］??（ａ）／?Ｄ?￣￣￣￣￣?Ｃ?￣￣?（ｂ）Ｈ?〇?〇〇??＇?ｊｆ＾：￣?－－４??ｚ匕＜．０４??ｔ＇?：Ｉ；ｒ?ｉＢ?ａｆ－０?０６???產(chǎn)？？？？．．．

１．２．?２三叉結(jié)的遷移行為??Ｇｏｔｔｓｔｅｉｎ等人［＿３３］研究了包括三條晶界及其組成的一個三叉結(jié)（其幾何??關(guān)系如圖１．７所示，兩條晶界是曲線，并且這兩條曲線在遠(yuǎn)離三叉結(jié)都趨于Ｔ－??行于ｘ軸，第三條晶界是直線，三叉結(jié)垂直于圖而，并且假定三條晶界具有相??同的表而張力和動性）的特殊可動研宄結(jié)果表明三叉結(jié)的可動性主要依賴??于溫度。低溫時，三叉結(jié)的可動性低，對三條關(guān)聯(lián)晶界的遷移有拖曳作用，此??時晶界體系的遷動性受三叉結(jié)控制。分析認(rèn)為晶界和三叉結(jié)的遷移不一樣，當(dāng)??溫度低于某一個值時，三叉結(jié)有限的遷移速率決定了晶界的可動性，換句話說，??三叉結(jié)在晶界遷移中的作用相當(dāng)于Ｉ＇－摩擦源，對晶界的遷移起到拖曳的作用。??高溫時三叉結(jié)可動性高，當(dāng)溫度接近熔點時，三叉結(jié)的遷移很快，對晶界的拖??曳作用消失，此時晶界體系的遷動性主要受控于晶界自身。另外，三叉結(jié)的可??動性還與晶粒尺寸有關(guān)

閣丨．８品界遷移后留下的鬼線（ｇｈｏｓｔ?ｌｉｎｅｓ）的光學(xué)顯微閣［３４）??文獻(xiàn)中所用材料都是三連晶，在二維圖中，三連晶中一條為直線，其余兩條晶界為曲線，此時三叉結(jié)棱（ｔｒｉｐｌｅ?ｌｉｎｅ）垂直于紙而實際多晶材料有很大的Ｋ別，并且其研究結(jié)果是在僅考慮晶界曲率和非叉結(jié)這兩類驅(qū)動力的前提條件下得出的，并且假定三條晶界具有相同的沒有考慮不同三叉結(jié)的特征可能帶來的影響，也未涉及材料經(jīng)過變形后中小變形后形變儲能（殘余應(yīng)力）對不同特征三叉結(jié)遷移行為帶來的重Ｒａｂｋｉｎ等人［３４］發(fā)現(xiàn)富Ｎ！的ＮｉＡ丨合金樣品高溫（１４００°Ｃ?）退火后三相關(guān)聯(lián)的兩條晶界發(fā)生遷移（另一條晶界不發(fā)生遷移），并在遷移掃內(nèi)留下了一系列的鬼線（ｇｈｏｓｔ?ｌｉｎｅ），晶界呈跳躍式（ｊｅｒｋ?ｍｏｔｉｏｎ）１．８所示，圖中ＯＧＢ表示晶界的初始位置。２００４年Ｒａｂｋｉｎ等人［３５］又利術(shù)并結(jié)合掃描探針顯微技術(shù)研究了富Ｎｉ的ＮｉＡ丨合金樣品中三叉結(jié)（１４００?°Ｃ）遷移行為，如圖１．９所示。從圖１．９中可以看出，三叉結(jié)相
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2884860