本文關(guān)鍵詞：劇烈塑性變形銅合金的孿生機制研究

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【摘要】：孿生是納米材料變形機理之一,孿晶界(TB)既可以阻礙位錯滑移從而強化材料,又可以為位錯滑移提供通道而提高材料的塑性,故一定密度的孿晶能同時提高材料的強塑性。孿生變形取決于材料內(nèi)在的本征特征(如層錯能、晶粒尺寸等)和外在的變形條件(如變形速率、變形溫度)。對于后者,普遍認(rèn)為溫度越低、變形速率越快,越容易誘發(fā)孿生；然而對于前者,目前尚無統(tǒng)一認(rèn)識,仍需進(jìn)一步研究。此外,對于孿晶提高材料塑性和延伸率的觀點仍缺乏有力證據(jù),尤其在孿晶界能否移動和發(fā)射位錯等方面仍有爭議。本論文的主要目的是通過透射電子顯微鏡(TEM,包括高分辨透射電子顯微鏡(HREM))定量地分析材料本征特性對孿生的影響,同時表征位錯／不全位錯與孿晶之間的交互作用,以理解孿晶增強材料強韌性的原因。實驗選擇Cu-30%Zn和Cu-Al合金為模型材料,采用高壓扭轉(zhuǎn)變形技術(shù)、等徑角擠壓技術(shù)連同軋制變形獲得晶粒尺寸在5nm-500 nm分布的一系列樣品。結(jié)果表明：對于Cu-30wt%Zn合金,變形孿晶的平均片層厚度隨晶粒尺寸的減小而減小,當(dāng)晶粒尺寸小于20nm時,孿晶片層厚度為(111)晶面間距(層錯)；另外,層錯存在于各個不同尺寸范圍的晶粒內(nèi),表明層錯不受晶粒尺寸的影響。研究結(jié)果表明在低層錯能超細(xì)晶材料中,孿生變形是通過從晶界連續(xù)發(fā)射不全位錯(層錯)形成。對具有三種不同層錯能的銅合金(99.99wt%Cu、Cu-0.86wt%Al、Cu-2.2wt%Al,層錯能分別為41mJ/m2、38mJ/m2、20mJ/m2)的TEM和HREM觀察結(jié)果表明：變形過程中,99.99wt%Cu只發(fā)生了滑移；Cu-0.86wt%Al、Cu-2.2wt%Al中滑移和孿生同時進(jìn)行。隨著層錯能的降低,平均晶粒尺寸減小,孿生變形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲗?dǎo)機制。利用HREM對孿晶界的觀測表明：Shockley不全位錯在孿晶界上滑移能夠?qū)е聦\晶界遷移,并形成孿晶界臺階；外來全位錯與孿晶界的相互作用也會導(dǎo)致孿晶界遷移。外來全位錯在孿晶界發(fā)生分解形成帶有Frank不全位錯的孿晶臺階；帶有臺階的非共格孿晶界作為位錯源發(fā)射位錯。這些位錯／不全位錯與孿晶之間的相互作用能夠同時貢獻(xiàn)材料的強度和塑性。
【關(guān)鍵詞】：孿生 孿晶片層厚度 晶粒尺寸 層錯能 孿晶界移動
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.11
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-21
• 1.1 引言8
• 1.2 孿晶8-11
• 1.2.1 孿晶的分類8
• 1.2.2 孿生四要素8-10
• 1.2.3 層錯與孿生位錯10-11
• 1.3 孿生變形機制11-15
• 1.3.1 粗晶孿生變形機制11-13
• 1.3.2 超細(xì)晶孿生變形機制13-15
• 1.4 孿生的主要影響因素15-18
• 1.4.1 變形溫度及變形速率對孿生的影響15-16
• 1.4.2 晶粒尺寸對孿生變形的影響16-17
• 1.4.3 層錯能對孿生變形的影響17-18
• 1.5 孿晶對材料力學(xué)性能的影響18-19
• 1.6 本文的研究目的及意義19-21
• 第二章 實驗材料和方法21-27
• 2.1 實驗研究思路21
• 2.2 實驗材料21-22
• 2.3 樣品制備22-23
• 2.3.1 高壓扭轉(zhuǎn)變形22-23
• 2.3.2 等徑角擠壓連同軋制變形23
• 2.4 結(jié)構(gòu)表征23-27
• 2.4.1 透射電鏡(TEM)觀察23
• 2.4.2 透射電子顯微學(xué)23-25
• 2.4.3 透射電鏡樣品的制備25-26
• 2.4.4 參數(shù)的標(biāo)定26-27
• 第三章 晶粒尺寸對孿生變形的影響27-38
• 3.1 Cu-30wt%Zn合金的微觀結(jié)構(gòu)分析27-34
• 3.1.1 Cu-30wt%Zn合金的微觀結(jié)構(gòu)觀察27-29
• 3.1.2 Cu-30wt%Zn合金的晶粒尺寸分布29-30
• 3.1.3 Cu-30wt%Zn合金的HREM觀察30-34
• 3.2 分析與討論34-37
• 3.2.1 晶粒尺寸對孿晶片層厚度的影響34-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第四章 層錯能對孿生變形的影響38-46
• 4.1 不同層錯能材料的微觀結(jié)構(gòu)觀察38-41
• 4.2 不同層錯能材料的晶粒尺寸分布41-42
• 4.3 分析與討論42-45
• 4.3.1 HPT樣品的晶粒細(xì)化規(guī)律42-44
• 4.3.2 層錯能對晶粒細(xì)化和孿生機制的影響44-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 第五章 位錯/不全位錯與孿晶的相互作用46-63
• 5.1 湯普森(Thompson)四面體46-47
• 5.2 超細(xì)晶晶界47-50
• 5.3 孿晶界的遷移50-60
• 5.3.1 不全位錯與孿晶界的相互作用導(dǎo)致孿晶界遷移50-54
• 5.3.2 全位錯與孿晶界的相互作用導(dǎo)致孿晶界遷移54-60
• 5.4 位錯與孿晶之間的相互作用60-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 第六章 結(jié)論63-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 附錄71

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1 劉安生;邵貝羚;;銅中輻照層錯環(huán)形成和演化的動態(tài)觀察和分析[J];電子顯微學(xué)報;1985年01期

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2 戴良娟;劇烈塑性變形銅合金的孿生機制研究[D];南京理工大學(xué);2015年

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本文編號：844057