超细晶纯铜微成形机理及充填行为研究.pdf

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1、博士学位论文超细晶纯铜微成形机理及充填行为研究RESEARCHONTHEMECHANISMOFTHEMICRO-FORMINGANDFILLINGBEHAVIOROFULTRAFINE-GRAINEDPURECOPPER李建伟哈尔滨工业大学2018年5月国内图书分类号：TG389学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开工学博士学位论文超细晶纯铜微成形机理及充填行为研究博士研究生：李建伟导师：郭斌教授副导师：徐杰副教授申请学位：工学博士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年5月授予学位单位

2、：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG389U.D.C:621.7DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEMECHANISMOFTHEMICRO-FORMINGANDFILLINGBEHAVIOROFULTRAFINE-GRAINEDPURECOPPERCandidate：JianweiLiSupervisor：Prof.BinGuoAssistantSupervisorAssociateProf.JieXuAcademicDegreeApp

3、liedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci.＆Eng.DateofDefence：May,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要塑性微成形技术具有加工效率高、制造成本低、构件性能和尺寸精度良好等优点，成为微细加工领域的重要研究发展方向之一，而传统金属材料存在的尺度效应，降低微型零件尺寸精

4、度和提高性能分散性，限制其相关应用。超细晶材料由均匀的亚微米晶粒组成，为改善微成形尺度效应提供了新思路。目前，超细晶材料在塑性加工领域的应用研究尚不深入，开展超细晶材料塑性变形行为与尺寸效应研究具有十分重要的理论意义和实用价值。本文旨在研究超细晶纯铜体积微成形机理，同时拓展超细晶材料在微成形领域的应用。本文采用等通道挤压(ECAP)和高压扭转(HPT)两种工艺分别制备超细晶纯铜。在室温条件下使用内夹角为110o模具，采用Bc路径对纯铜棒料进行0-12道次等通道挤压变形，制备出平均晶粒尺寸为0.41μm、显微组织结构均匀超细晶纯铜，

5、平均显微硬度为134Hv。在室温下使用高压扭转设备施加载荷6GPa、转速1rpm，对纯铜圆片试样经过0-10转加工，制备出平均晶粒尺寸为0.25μm、显微组织结构均匀的超细晶纯铜材料，平均显微硬度为140Hv。两种工艺制备的超细晶纯铜均具有一定的简单剪切织构。基于搭建的原位微拉伸数字图像相关测试系统，利用数字图像相关技术和准原位EBSD技术分别对超细晶和粗晶纯铜局部应变跨尺度量化研究。基于光学显微镜原位微拉伸试验，利用数字图像相关技术观察到超细晶试样变形初期形成了窄剪切带，剪切带内局部应变分布不均匀，变形区内局部应变数值呈双峰分布

6、，而粗晶试样形成宽剪切带，应变不均匀区域的位置相对分散，其数值呈单峰分布。针对超细晶应变局域化，进行了基于电子扫描显微镜原位微拉伸观察，发现超细晶纯铜试样局部区域材料的应变不均匀性更加明显。进一步结合准原位EBSD技术对超细晶纯铜塑性变形行为进行研究，分析了超细晶纯铜显微组织变形特点，发现了剪切带诱导应变局域化，导致了室温超细晶纯铜的低延伸率。研究超细晶和粗晶纯铜的直径为2mm的微型试样的压缩变形行为，发现相对于粗晶纯铜表现出典型加工硬化行为，超细晶纯铜则显示了室温应变软化现象。并通过晶粒形貌、晶界特征以及晶内微结构等方面对比分析

7、了超细晶纯铜和粗晶纯铜显微组织演变过程，建立了考虑晶粒转动和晶界滑移的室温应变软化模型。同时，超细晶材料微压缩变形显示了一定程度各向异性，但超细晶纯铜微压缩变形时材料流动非均匀性降低、试样表面质量得到有效改善且内部保留了超细晶结构，为高质量微型零件制备奠定了实验基础。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文结合数字图像相关技术、X射线同步辐射技术等对超细晶纯铜和粗晶纯铜断裂行为展开了系统研究，分析了超细晶纯铜剪切断裂和粗晶塑性断裂不同断裂方式。利用数字图像相关技术表征了超细晶纯铜试样表面裂纹的演变与局部应变的关系，发现了表面裂纹的形成

8、受到剪切应力的影响。利用X射线同步辐射技术实现了对超细晶纯铜试样无损伤且三维可视化量化研究，显示了孔洞扩展和合并多数沿着与拉伸轴呈55o，建立了超细晶纯铜剪切织构诱导断裂机制模型。同时，证实了孔洞含量随着晶粒的增大而减少，明确了超细晶纯铜微拉伸过程