高纯铜形变退火晶界特征分布研究

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以取向差三参数表征晶界特征分布的传统晶界工程的研究主要不足之处是不能确定低∑值重位点阵晶界的结构特征,例如,不能区分共格和非共格∑3晶界,也不能给出对改善晶界腐蚀性能起关键作用的共格∑3晶界(共格孪晶界)的比例和分布等重要信息。本文以晶界界面匹配(GBIC)为晶界结构参量,研究了高纯铜在形变后的再结晶及晶粒长大过程中晶界特征分布的演变规律,重点关注∑3、∑9等低∑值重位点阵晶界的GBIC特征及其演变规律,并初步探讨了其演变机理;同时,通过腐蚀实验验证材料的抗晶界腐蚀性能,并研究了形变和退火等热加工方法对有效厚度层的影响,对中低层错能面心立方金属材料晶界工程的系统深入研究和进一步推广应用提供了重要依据。本文主要结果如下:经反复室温多向锻造和600℃再结晶退火获得的平均晶粒尺寸约7μm且无织构的组织均匀化高纯铜样品,在650℃保温期间的晶粒长大过程中,∑3晶界的比例从30.4%增加到51.7%,其中具有{1 1 1}/{1 1 1}GBIC特征的共格∑3晶界占∑3晶界的比例从64.8%增加到83.6%;∑9晶界的比例增加很小,其GBIC为{1 1 1}/{1 1 5}和{0 0 1}/{4 4 7}共存。分析表明,在晶粒长大过程中,非共格∑3晶界向共格∑3晶界转化,一般大角度晶界迁移,带动了其关联的共格∑3晶界的延长,这是导致共格∑3晶界比例随晶粒长大而增加的主要原因;∑9晶界主要是在组织均匀化过程中形成的,受晶粒长大影响较小。组织均匀化高纯铜样品经5%(厚度减缩量)小变形冷轧后,在650℃退火期间的再结晶及晶粒长大过程中,∑3晶界的比例从48.9%增加到58.5%,其中具有{1 1 1}/{1 1 1}GBIC特征的共格∑3晶界占∑3晶界的比例从66.1%增加到87.2%;虽然∑9晶界的比例没有明显变化,但其GBIC由{1 1 1}/{1 1 5}和{0 0 1}/{4 4 7}共存逐步转变为以{1 1 1}/{1 15}为主,{0 0 1}/{4 4 7}逐渐消失。这一结果表明,较比直接在650℃保温处理,组织均匀化高纯铜先经小变形轧制再经650℃退火更有利于∑3晶界及共格∑3晶界的形成,也有利于∑9晶界由能量较高的{0 0 1}/{4 4 7}向能量较低的{1 1 1}/{1 1 5}转化,这应与小变形轧制后再经650℃退火所发生的形变诱发晶界迁移有关。腐蚀实验结果表明,具有最高比例的共格∑3晶界和高比例的{1 1 1}/{1 1 5}GBIC特征的∑9晶界的高纯铜样品,其晶界腐蚀性能较好。因此,对于纯铜这类中低层错能面心立方金属,通过小变形冷轧后再经高温退火使晶粒充分长大,可使晶界腐蚀抗力得到充分提高。5%小变形冷轧加650℃高温退火的反复循环处理以及30%中等变形量410℃热轧后再高温退火均有利于有效厚度层的增加,但前者的效果更好一些,后者得到的晶界特征分布中,一般晶界的比例仍较高,由Σ3、Σ9和Σ27晶界构成的晶粒团簇的平均尺寸较比前者明显偏小。
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