塑性變形制備納米結(jié)構(gòu)銅和銀的數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、等通道轉(zhuǎn)角擠壓（Equal-channel angular pressing，簡(jiǎn)稱ECAP）等強(qiáng)烈塑性變形技術(shù)是制取超細(xì)晶或納米結(jié)構(gòu)材料、大幅提升材料性能的重要途徑。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外該主題研究中的一些不足，擬定的研究?jī)?nèi)容及相應(yīng)結(jié)果如下：
　　 首先，本文首次建立了連續(xù)4道次擠壓的四連通物理模型，然后用有限元軟件DEFORM-3D對(duì)其進(jìn)行仿真模擬，來(lái)研究ECAP加工狀態(tài)（擠壓路徑和模具結(jié)構(gòu)，如通道夾角和內(nèi)圓弧半徑）對(duì)材料應(yīng)變均勻性的

2、影響。結(jié)果表明，加工路徑對(duì)應(yīng)變均勻性的影響必須和加工道次結(jié)合起來(lái)考慮，一般4道次擠壓加工后路徑Bc獲得的應(yīng)變最均勻，而2道次加工后路徑C獲得的應(yīng)變均勻性最高，通道夾角和內(nèi)圓弧半徑的增加也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變均勻性提高。因此要獲得理想的應(yīng)變分布需要同時(shí)考慮上述諸因素。單道次ECAP的仿真研究還表明載荷會(huì)隨著摩擦系數(shù)的增加而急劇增加，有摩擦?xí)r的應(yīng)變值比沒(méi)有摩擦?xí)r的應(yīng)變值要大0.2左右，但應(yīng)變值與摩擦系數(shù)的大小關(guān)系不大，少量的摩擦可以提高與擠出方向垂直

3、方向上（Y向）材料的應(yīng)變均勻性，在模具強(qiáng)度和試樣塑性都足夠的情況下適當(dāng)?shù)哪Σ翆?duì)變形可起到有利作用。
　　 其次，本文以工業(yè)純銅為研究對(duì)象，首次對(duì)低溫ECAP進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。比較分析了室溫和低溫ECAP后試樣的掃描電境(SEM)微觀組織形貌、拉伸性能、拉伸斷口形貌以及X射線衍射(XRD)測(cè)試結(jié)果。各項(xiàng)結(jié)果綜合顯示，低溫ECAP加工后材料的微觀組織要更均勻一些，強(qiáng)度和延伸率比室溫加工后都有所提高，這種現(xiàn)象可能是由于低溫時(shí)容易生成孿晶

4、，而孿晶對(duì)強(qiáng)度以及延伸率的影響和一般晶粒不同而引起的。
　　 再次，本文進(jìn)行了低溫壓縮變形以及此法和ECAP結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，以研究不同變形量對(duì)材料特性的影響。結(jié)果顯示，壓縮變形明顯提高了材料強(qiáng)度，但對(duì)延伸率不利，材料內(nèi)部位錯(cuò)對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)降低。
　　 最后，本文利用低溫壓縮變形制備出納米結(jié)構(gòu)純銀，高分辯率透射電境(TEM)、顯微硬度以及XRD測(cè)試結(jié)果顯示，通過(guò)低溫強(qiáng)烈塑性變形加工可以獲得組織致密的納米結(jié)構(gòu)純銀材料，材料內(nèi)部存在

5、大量（微）孿晶，從硬度和強(qiáng)度之間的關(guān)系可以推算出材料的強(qiáng)度約為306MPa，由理論計(jì)算得出，各強(qiáng)化機(jī)理中的位錯(cuò)強(qiáng)化值為110.2MPa，晶界強(qiáng)化值大于140MPa，而孿晶界的強(qiáng)化效果則不是很明顯。結(jié)果還表明，層錯(cuò)能越低，形變時(shí)越容易發(fā)生孿生，并利于等軸晶的形成。該項(xiàng)研究在國(guó)內(nèi)外尚屬首次。
　　 綜上研究可以得出：材料內(nèi)部應(yīng)變均勻性可以通過(guò)擠壓路徑和道次來(lái)進(jìn)行控制；對(duì)于易加工材料可以降低其加工溫度或結(jié)合壓縮變形來(lái)獲得更高強(qiáng)度；面心