層錯(cuò)能及溫度對(duì)銅合金強(qiáng)烈塑性變形組織演變和性能的影響.pdf

1、納米材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能而被廣泛關(guān)注。表面機(jī)械研磨處理（SMAT）是一種強(qiáng)烈塑性變形方法，可在塊體金屬原位獲得由表層納米晶組織到基體粗晶的梯度結(jié)構(gòu)。溫度和層錯(cuò)能是影響金屬塑性變形的重要因素，同種金屬在不同溫度下變形機(jī)理會(huì)發(fā)生改變，而層錯(cuò)能對(duì)晶粒細(xì)化機(jī)制有著決定性作用。純銅具有面心立方結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出良好的塑性變形能力，通過(guò)添加合金元素可改變其層錯(cuò)能，為研究層錯(cuò)能對(duì)塑性變形的影響提供良好的樣品。
　　本文首先利用層錯(cuò)能的熱力

2、學(xué)計(jì)算模型計(jì)算了銅合金的層錯(cuò)能。而后基于SMAT技術(shù)，選取純銅及銅鈦合金為研究對(duì)象，通過(guò)金相顯微鏡（OM）、X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）對(duì)試樣組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并對(duì)SMAT前后試樣的硬度和腐蝕性能進(jìn)行了測(cè)試。最后，系統(tǒng)的探討了溫度對(duì)純銅SMAT后和層錯(cuò)能對(duì)銅鈦合金SMAT后組織演變和性能的影響。主要得出以下結(jié)論：
　　1、利用熱力學(xué)計(jì)算模型分別研究了純Cu、Cu-Ti和Cu-Zn合金的層錯(cuò)能隨溶質(zhì)元

3、素含量增加時(shí)的變化，并與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明純Cu和Cu-Zn合金的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值基本一致。表明計(jì)算模型可靠性高，所計(jì)算Cu-Ti合金層錯(cuò)能值可作為判定其塑性變形機(jī)理的依據(jù)。在室溫條件下，隨溶質(zhì)元素含量的增加，Cu-Ti和Cu-Zn合金的層錯(cuò)能都逐漸降低，且高價(jià)溶質(zhì)元素Ti對(duì)Cu合金層錯(cuò)能的影響更大。隨溶質(zhì)元素含量的增加，溶質(zhì)元素偏聚自由能對(duì)層錯(cuò)能的影響增大。
　　2、Cu-Ti合金相比純Cu層錯(cuò)能降低，SMAT后純

4、銅中出現(xiàn)了典型的流變組織的特征，而 Cu-Ti合金中未出現(xiàn)流變組織，而是由表面細(xì)晶層直接到粗晶組織，出現(xiàn)了分層現(xiàn)象。隨Ti含量的增加，分層現(xiàn)象越來(lái)越明顯。
　　3、Cu-2wt.％Ti、Cu-3wt.%Ti和Cu-4wt.%Ti三種合金通過(guò)SMAT在試樣表面成功制備了納米結(jié)構(gòu)表層，隨SMAT處理時(shí)間的延長(zhǎng)，表層越來(lái)越厚。其中，Cu-4wt.%Ti SMAT60min試樣分層現(xiàn)象最明顯，表層最厚，表層平均晶粒尺寸為～100nm。

5、r>　　4、Cu-Ti合金塑性變形的主要方式為形變孿生，晶粒細(xì)化過(guò)程分為三步：平面型位錯(cuò)列和形變孿晶的形成；孿晶交互作用分割晶粒；晶粒細(xì)化形成納米晶。
　　5、SMAT處理后Cu-Ti合金樣品表層顯微硬度明顯提高，并隨著距表面距離的增加而先增加后減小，直至基體。對(duì)不同Ti含量的Cu合金，表面顯微硬度隨層錯(cuò)能的減小而增加。
　　6、在室溫（RT）和液氮（LN）條件下對(duì)純銅試樣SMAT30min，兩種試樣均實(shí)現(xiàn)了表面納米化。RT

6、-Cu和LN-Cu試樣表面納米晶層厚度分別為～25μm和～20μm，兩者納米層平均晶粒尺寸分別為49nm和38nm。SMAT處理后試樣表層的顯微硬度顯著提高，隨距表面距離的增大而減小；表面耐腐蝕性都有所降低，LN-Cu試樣耐腐蝕性的降低程度要比RT-Cu試樣小。
　　7、RT-Cu和LN-Cu試樣經(jīng)SMAT處理，溫度的不同導(dǎo)致二者變形機(jī)理不同。RT-Cu變形機(jī)理為位錯(cuò)滑移主導(dǎo)的塑性變形。LN-Cu試樣由于溫度較低，位錯(cuò)滑移受到抑制