动态挤压后铜组织的金相和电镜研究DOI: 10.1134/S1990793107060188
摘要
利用动态加载技术研究了铜试样在大塑性变形下的结构变化。坯料的变形是通过两个或三个夹角的孔道进行压制而产生的。空白进入第一个黑洞之前的速度是280-450米/秒。样品中的压力不超过3-7 GPa。在高速变形和温度升高的同时作用下，铜的组织发生了变化。观察到细胞分布结构、微孪晶系统、动态多角化亚粒结构和新的再结晶晶粒的形成。经过两次扫描后，样品的主要部分具有由含有亚微分散(50-100纳米)颗粒的细纤维组成的结构.
DOI: 10.1134/S1990793107060188
1. 介绍
金属材料纳米晶结构的形成是现代材料科学研究的一个重要方向。具有高力学性能的超细晶粒材料是新一代金属和合金很有前途的结构和功能材料[1,2]。制备纳米晶结构的方法之一是严重的塑性变形。大块金属材料采用等通道角压方法承受这种变形[1-7]。该方法由Segal等人在25年前开发[3,4]。它是将特殊配置的坯料通过两个通常相交成90度角的通道进行多次压制。用这种方法制备超细晶粒金属和合金已有15年的历史[5,6]。近年来，人们研究了用等通道角压法制备超显微分散结构以及合成难变形的低塑性金属和合金中分散结构的可能性。在俄罗斯联邦核中心技术物理全俄研究所，提出了一种利用外源能量的动态变量等通道角压方法[8,9]。这种方法的优点是执行角压所需的时间短。这项工作的目的是研究M1铜样品在动态等径角压下的结构变化.
2. 结论和讨论
变形采用的技术冲击波加载。毛坯直径为16和14毫米，长度分别为50毫米和65毫米，被压入两个或三个相互成90度角的通道。通道的横截面从第一个通道开始依次减小。在第一次和第二次实验中，第一通道的直径为16毫米，第二通道的直径为14毫米。.铜坯进入第一个通道前的速度为280-450 m/s。在第一次和第三次实验中，样品一次通过，在第二次实验中，两次通过。样品中的压力不超过3-7 GPa。获得的变形铜样品包括一个，两个，或三个部分。每个部分分别位于一个、两个或三个通道中。用金相和电子显微镜研究了坯料依次通过两个或三个孔道，经过一个或两个孔道后形成的铜的微观组织，其变形程度相应增加。对沿拉伸方向制备的箔进行了纵向和电子显微镜检查，并进行了金属图研究;使用了一台在160kv电压下的JEM- 200CX显微镜。
在第一个实验中，试样通过两个通道进行一次动态压下第一(1)通道和整个通道位于第二(2)通道中(图1)。本样本结构变化方案如图1所示。箭头表示各个样本区域的流方向。In 初始 state, 所有 三 个 铜 样品 有 一 个多面体的结构 与 颗粒的平均尺寸 (crystallites) 约 100 m (Fig. 2 a).晶粒中含有大量退火孪晶。在高速变形和局部温度同步升高的作用下，铜在动态挤压过程中组织发生了变化。对动压后的第一个试样进行了金相分析，结果表明，试样末端有一小块含有晶粒的区域，与初始晶粒相比，晶粒的形状和大小基本保持不变;该计划所示(图1)。初的示例中,有一个区域包含弱变形谷物与变形双胞胎的结构(图1)。第一个示例是纤维和反面的重要组成部分——强调细长颗粒(见方案在图1和图2 b)。该试样区域的变形程度可达~ 60-80%。值得注意的是，在样品的主要部分，颗粒(纤维)的拉伸方向，因此，流动方向与通道轴成一个角度。图1所示的方案表明，光纤的方向沿第二通道的整个长度变化。流动方向与样品纵轴夹角为25°-30°.
在第二次实验中，试样通过两个通道、两个通道进行动态压下。试样经过挤压后由两部分组成。小( 1/7)的一部分样本位于第一(1)频道,剩下的样本,在第二(2)通道(图3)。重复造成的变形行为紧迫通过第一频道与双胞胎的样品生产谷物的形状通常是改变与类似的谷物的首样,因为结算(比较无花果。1和3)。双胞胎是弯曲的,在不同的方向上延伸,有时分成单独的干掉。纤维的方向不符合样品的纵向方向——佩珀后者(见图3)。这是因为样品,其直径14毫米第一遍后,经验丰富的沉降变形在第二次通过一个通道直径16毫米。从第一通道到第二通道的过渡过程伴随着严重的局部变形。在该样品区，由于样品从一个通道进入另一个通道时流动方向的改变，出现了强的局部流动和湍流区(图4a)。一项金相研究表明，在第一次通过第二通道时产生的样品的主要部分的纤维结构。2b)在第二轮过程中发生了实质性的变化(图4a)。纤维长度显著增加，初始晶粒被拉伸到完全纤维结构背景下无法识别晶界的程度(图4a)。对纤维内部结构的电子显微镜检查表明，存在延长的分散晶粒。衍射和暗场分析表明，纤维的精细结构由50 - 100nm大小的不同的亚微分散颗粒组成(图)。4 b)。与第一次实验一样，流动方向与样品轴线不重合，与样品轴线形成不同角度(图1、3)，该区域的变形程度超过80%。第二个样品开始时的结构包含了新的重结晶晶粒，尺寸为0.1 的单独区域发生在这些由于局部变形和区域温度同步升高。
Fig. 1. 查看(方案)第一个样品通过两通道一程动态通道角压后的截面。
Fig. 2. (a)铜试样压制前的微观组织;(b)一次压制后第一个试样中部的纤维状铜组织。
Fig. 3. 查看(方案)二程动态通道通过两通道角压后的第二试样截面。
Fig. 4. 第二试样经过两次挤压后的主要部分结构为:(a)铜中有较细的纤维组织;(b)铜中纤维内部有分散的晶粒.
让我们考虑通过三个通道的一次动态压下样品的结构变化(第三个实验)。动态新闻-荷兰国际集团(ing)后,样品由三个部分每个位于一个三个通道(图5)。在第(1)陈——nel没有明显的根据金相微观结构发生变化的数据(图5)。颗粒的形状和大小保持几乎不变,因为第一频道的直径等于最初的空白。在该通道中，仅发生激波变形。对横切在图的方向上的箔片进行了电子显微镜检查(见图5中的细双线)。
Fig. 5. 一遍动态通道角压通过三道通道后第三道通道的截面图(方案)。
结果表明，断层的位错密度增大，消光等值线出现，表明构造发生了弹性变形。在第二(2)通道中，初始晶粒形状发生变化，并沿变形方向延伸(图5)，在晶粒中形成了相对于试样流动变化角度为30°- 40°的变形孪晶。观察到形变来源的胞状位错结构形成的初始阶段(图6a)。位错细胞壁杂乱模糊，形成复杂的位错结构。细胞 结构 和 细胞 的 大小 从 0.2 到 0.5 m 。主要 是 高速 变形的 作用 下 形成 的由晶粒延伸率估算出第二通道的变形程度约为30-40%。
从第二(2)道到第三(3)道出现了严重的局部变形(图5)，在该区域和第三(3)道主体上方形成了纤维结构(图6b)。变形程度可达~ 60-80%。电子显微镜 检查 发现 存在变形双胞胎 0.02 –0.1 m 厚孪晶具有破碎的内部结构，其形成是高速变形过程中强烈局部应力作用的结果。如上所示，温度的升高对位于第三通道的试样开始时结构的最终形成起到了重要作用。因此，铜在第三通道的结构是一组状态，在松弛过程的发生程度上彼此不同。电子显微检查显示了多边形结构的存在(图6c)。横截面 大小 范围 从 0.2 到 0.5 m.亚晶粒的位错密度增大，表明了多角化的动态特征;即温度升高条件下亚晶界的形成伴随着晶粒的同时变形。在不同的区域观察到再结晶结构(图6d)。铜的再结晶温度可以在100-150℃，这取决于样品的纯度。在动态压制过程中，这种温度的升高是相当真实的。由于挤压时间短，新的再结晶晶粒不能长大。晶粒大小范围 从 0.1 到 0.5m，值得注意的是，在所有“绘制”的样品开始时，在第二或第三通道，变形程度低于主频段.
Fig. 6. 第三个试样压制后的显微组织:
第二通道的胞状结构(b)纤维状结构(c)亚粒状动态多角形结构(d)第三通道的再结晶铜晶粒。
3. 结论
利用金相和衍射电子显微镜研究了铜(M1牌)样品在严重塑性变形下的结构变化。采用动态通道角压法和冲击加载技术进行变形。在高速变形和温度升高的同时作用下，铜的微观组织发生了变化。观察了由动态多边形化引起的胞位错结构、微孪晶系统和亚粒状结构的变化。在从一个通道进入另一个通道的区域以及试样开始的不同区域，由于变形局部化和温度升高，出现了0.1-0.5 m的新的再结晶晶粒。在一些样本区域，观察到局部流动区域和含有湍流(涡)元的区域。试样的主要部分是由含有亚微分散(30-100纳米)晶粒的细纤维组成。由此可见，动态通道角挤压可以作为一种方法，导致严重的塑性变形，并伴随实质性的结构缩小，甚至生产纳米晶状态。这种方法的优点是压缩时间短。
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