论文部分内容阅读
孪生是纳米材料变形机理之一,孪晶界(TB)既可以阻碍位错滑移从而强化材料,又可以为位错滑移提供通道而提高材料的塑性,故一定密度的孪晶能同时提高材料的强塑性。孪生变形取决于材料内在的本征特征(如层错能、晶粒尺寸等)和外在的变形条件(如变形速率、变形温度)。对于后者,普遍认为温度越低、变形速率越快,越容易诱发孪生；然而对于前者,目前尚无统一认识,仍需进一步研究。此外,对于孪晶提高材料塑性和延伸率的观点仍缺乏有力证据,尤其在孪晶界能否移动和发射位错等方面仍有争议。本论文的主要目的是通过透射电子显微镜(TEM,包括高分辨透射电子显微镜(HREM))定量地分析材料本征特性对孪生的影响,同时表征位错／不全位错与孪晶之间的交互作用,以理解孪晶增强材料强韧性的原因。实验选择Cu-30%Zn和Cu-Al合金为模型材料,采用高压扭转变形技术、等径角挤压技术连同轧制变形获得晶粒尺寸在5nm-500 nm分布的一系列样品。结果表明：对于Cu-30wt%Zn合金,变形孪晶的平均片层厚度随晶粒尺寸的减小而减小,当晶粒尺寸小于20nm时,孪晶片层厚度为(111)晶面间距(层错)；另外,层错存在于各个不同尺寸范围的晶粒内,表明层错不受晶粒尺寸的影响。研究结果表明在低层错能超细晶材料中,孪生变形是通过从晶界连续发射不全位错(层错)形成。对具有三种不同层错能的铜合金(99.99wt%Cu、Cu-0.86wt%Al、Cu-2.2wt%Al,层错能分别为41mJ/m2、38mJ/m2、20mJ/m2)的TEM和HREM观察结果表明：变形过程中,99.99wt%Cu只发生了滑移；Cu-0.86wt%Al、Cu-2.2wt%Al中滑移和孪生同时进行。随着层错能的降低,平均晶粒尺寸减小,孪生变形逐渐转变为主导机制。利用HREM对孪晶界的观测表明：Shockley不全位错在孪晶界上滑移能够导致孪晶界迁移,并形成孪晶界台阶；外来全位错与孪晶界的相互作用也会导致孪晶界迁移。外来全位错在孪晶界发生分解形成带有Frank不全位错的孪晶台阶；带有台阶的非共格孪晶界作为位错源发射位错。这些位错／不全位错与孪晶之间的相互作用能够同时贡献材料的强度和塑性。