低應(yīng)變和中等應(yīng)變晶界工程研究

1、1低應(yīng)變和中等應(yīng)變晶界工程的研究摘要晶界工程（GBE）處理過程，包括低應(yīng)變（5％變形）迭代處理，已對銅進行了實施。已經(jīng)通過施加正拉力和硬度測量得到取向差和晶界平面統(tǒng)計數(shù)字。在首個兩次迭代處理中Σ3所占的長度分?jǐn)?shù)和Σ9Σ3的值的比例下降，而最大的晶界工程取向差統(tǒng)計數(shù)字是通過三次迭代處理后實現(xiàn)的。分析力學(xué)性能數(shù)據(jù)顯示，整個前三次迭代處理的應(yīng)變積累的能量，足以提供足夠的動力來迫使Σ3界面擴展。Σ3界面的分布密度比晶界密度在硬化率上有較大影響。

2、這一發(fā)現(xiàn)表明在晶界工程處理早期階段發(fā)揮重要作用的Σ3界面起阻礙塑性流動的作用。從樣本數(shù)據(jù)看，低應(yīng)變迭代處理和中等應(yīng)變（25％變形）迭代處理也是可以比較的。關(guān)鍵詞：銅；電子背散射衍射（EBSD）；晶界孿晶1、引言為了增加“特殊”的界面，對晶界工程（GBE）進行特定的熱機械處理，那些靠的很近的幾何界面的特殊界面導(dǎo)致改善性能[1]。晶界工程大多是基于利用具有低層錯能金屬合金的退火孿晶的多樣性，以便得到高比例的Σ3巧合晶界。晶界工程中的典型材料

3、的熱機械加工涉及運用多次退火冷變形。近幾年已發(fā)展了晶界工程處理中兩種類型。這些通常被稱為“應(yīng)變退火”，它使用的變形程度低，一般510％，而“再結(jié)晶應(yīng)變”，它采用中等程度的變形，通常2030％[1，2]。使用最廣泛的晶界工程處理是涉及到商業(yè)性的開發(fā)。一個典型的處理過程是2030％的47次的變形，它通過的退火是在剛高于再結(jié)晶退火溫度以上的某一溫度下的幾分鐘的退火（如[3]）。透射電子顯微鏡（TEM）研究表明，“再結(jié)晶應(yīng)變”，是一個不準(zhǔn)確的過

4、程描述，因為不足應(yīng)變主要在允許短時退火再結(jié)晶成核的晶界[4]。另一方面應(yīng)變退火晶界工程比應(yīng)變再結(jié)晶晶界工程涉及的應(yīng)變應(yīng)用要低，在足夠高的溫度下退火可使應(yīng)變強化晶界遷移。再結(jié)晶被這些聯(lián)合溫度應(yīng)變水平排除。有三個變種的應(yīng)變晶界工程退火處理：長期退火[5]，多周期短時退火[6]和單周期短時退火[7]。雖然應(yīng)變再結(jié)晶和應(yīng)變退火晶界工程加工路線已有相當(dāng)頻繁的調(diào)查，但是兩條路線之間沒有直接的比較來評價其相對優(yōu)點。它們都可增加Σ3晶界的比例，并將這些

5、晶界歸入晶界系列，它是晶界工程微結(jié)構(gòu)[8]。有報道說，通過應(yīng)變退火路線控制晶粒尺寸是比較困難的，有時晶粒生長的結(jié)果是普遍不愿得到的[1]。3次迭代處理后Σ3比例如圖2，既是晶界總長度的一小部分（圖2a），又是晶界數(shù)量的一小部分（圖2b）。對圖2還包括Σ9和Σ27晶界。這些晶界（尤其是Σ9）大部分是Σ3晶界相互作用的結(jié)果。這已經(jīng)在其他地方[8，12]記錄了。雖然單步處理后Σ3的比例大幅度提高，但隨后的處理表明，Σ3部分在減少，但除了導(dǎo)致長

6、度67％Σ3的最高值的第三次迭代處理。同樣，單步處理后，Σ9比例增加，但由于迭代處理而表現(xiàn)出的為不穩(wěn)定和高峰值，也第三次迭代后。Σ9Σ3長度比在0.05和1.0之間，而Σ9Σ3數(shù)量比幾乎是一致的，在0.14和0.35之間，在第三次迭代達到高峰。為了獲得晶粒尺寸和Σ統(tǒng)計數(shù)字，采集每個試樣的幾個定位圖。Σ值在試樣內(nèi)部很少有變化。如表1所示，是所有試樣的典型。用每個樣品的拉伸數(shù)據(jù)繪制的真應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3a所示。同一試樣進行五次拉伸試驗，圖3

7、a是每個系列的典型代表曲線示。每一系列的試樣的拉伸數(shù)據(jù)變化不大，例如第一個迭代處理后的拉伸強度從194Nmm?2變化到203Nmm?2。單步處理后拉伸強度和應(yīng)變失效都增加，與單步處理相比，第一次處理后進一步增加。此后，除第三迭代迭代處理外所有其他迭代處理后，應(yīng)變到失效減少，拉伸強度基本保持不變。圖3表示從應(yīng)變到失效過程和Σ3s長度之間存在的關(guān)系。每個加工階段的應(yīng)變硬化指數(shù)已從真應(yīng)力應(yīng)變曲線中計算出來，這是圖所示直線的斜率，如圖3c。單步

8、處理的應(yīng)變硬化指數(shù)為0.61，而迭代處理后的應(yīng)變硬化指數(shù)范圍在0.320.43之間，但迭代處理除了第三次迭代（0.60）和第五次迭代（0.58）。圖4顯示了每個樣本的平均硬度。很顯然，750C下45分鐘的單步處理，試樣能夠充分軟化，因為硬度減少一半。此后，在首次兩個迭代處理中硬度稍有恢復(fù)，在第三次迭代處理和最終迭處理代有所減少，在最后兩個迭代處理中稍微增加。4、討論該取向差數(shù)據(jù)顯示，相對于單步試樣，迭代處理在第三次迭代后只會產(chǎn)生額外的晶