层错能对铜合金室温变形及退火过程中晶粒细化的-中国有色金属学报.PDFVIP

第 26 卷第 1 期 中国有色金属学报 2016 年 1 月 Volume 26 Number 1 The Chinese Journal of Nonferrous Metals January 2016 文章编号：1004-0609(2016)-01-0066-11 层错能对铜合金室温变形及 退火过程中晶粒细化的影响 1 1 2 1, 3 李 祎 ，张祥凯 ，何克坚 ，杨续跃 (1. 中南大学 材料科学与工程学院，长沙 410083 ； 2. 中南大学 材料微结构研究所，长沙 410083 ； 3. 中南大学 有色金属先进结构材料与制造协同创新中心，长沙 410083) 摘 要：对高层错能的纯 Cu 和低层错能的 Cu-30%Zn(质量分数)合金进行室温多向压缩变形及退火实验，并利用 OM、SEM/EBSD、TEM 技术及电子万能试验机对其在变形和退火过程中的晶粒细化情况和不同累积变形量(Σε) 后的拉伸力学性能进行观察和分析。结果表明：在多向压缩过程中，随着层错能的降低，铜合金的晶粒细化机制 由传统的连续动态再结晶(cDRX)细化机制转变成孪晶分割晶粒细化机制。在变形过程中，两者的真应力−累积应 变(σ−Σε) 曲线呈现稳态流变特征；当Σε＞2.4 后，层错能较低的 Cu-30%Zn 合金仍存在缓慢的加工硬化，而纯 Cu 仅在 Σε＜2.4 阶段存在加工硬化。随着 Σε 的增大，层错能较低的 Cu-30%Zn 合金晶粒细化比纯 Cu 的更加明显： 当 Σε=2.4 时，Cu-30%Zn 合金内部基本为细小的晶粒，这是由其内部的孪晶交叉、分割晶粒而形成；而纯 Cu 仅 在局部出现细晶。随着Σε 的增大，Cu-30%Zn 合金内部的畸变程度以及变形后的强度也远大于纯 Cu 的。经 Σε=2.4 多向压缩变形后，在退火过程中，层错能较低的 Cu-30%Zn 合金再结晶晶粒明显比纯 Cu 细小，这是由于其内部 层错密度较大，再结晶形核点较多所致。 关键词：铜合金；层错能；晶粒细化；孪晶；再结晶 中图分类号：TG146.1 文献标志码：A 细化晶粒通常能提高金属材料的塑性和强度。剧 的二次孪晶、孪晶交叉以及孪晶与位错等的交互作用 烈塑性变形(SPD)作为一种能够制备块体超细晶材料 最终形成超细晶粒，这个由变形孪晶主导的晶粒细化 受到了广泛关注[1−2] 。在剧烈塑性变形过程中形成的超 机制称为孪晶细化机制[8−9] ，因此，通过这一机制能够 细晶通常是通过连续动态再结晶(cDRX)得到的，即低 实现在低应变下的晶粒细化。然而，在铜合金中，由 角度的位错亚结构在变形过程中相邻取向差不断增 于其为面心立方(FCC)结构，常温下滑移系较多，滑 大，逐渐转变成高角度的晶界[3] ，然而，这一过程通 移变形较为容易，因此，不易发生孪生变形。层错能 常需要很大的累积应变量。另外，通过这种方法细化 作为材料中的重要参数，对变形时孪晶的产生也有很 晶粒的效果有限，得到的超细晶通常尺寸一般大于 大的影响，KUMAR 等[10]和 SAN 等[11] 的研究表明， 200 nm，通常难以实现纳米级晶粒，且得到的纳米材 降低层错能能够将材料在变形时滑移主导的变形机制 料普遍塑性较差[4−7] ，难以在实际生产中得到应用，利 转变为以孪生为主导的变形机制。此前对 Cu-Al 合金 用 SPD 生产超细晶材料在现实工业生产中受到了限 的研究表明：随着层错能的降低，Cu-Al 合金的强度 制。因此，探究在低应变水平下，制备具有较好塑性