超细晶铜板的制备与热稳定性研究(2)
1.5 研究课题的提出和意义 . 7
2 实验材料与方法 8
2.1 实验材料及设备 . 8
2.2 实验技术路线 . 9
2.3 实验内容 . 9
3 实验结果与分析 . 10
3.1 组织观擦与分析 10
3.1.1 变形态试样 10
3.1.2 退火态试样 13
3.2 力学性能测试与分析 16
3.2.1 硬度 16
3.2.2 强度 17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
1 绪论
1.1 引言
材料的力学性能包括强度、塑性等，是结构材料广泛应用的基础之一。金属材料
的强度通常是指材料抵抗塑性变形及断裂破坏的能力；而金属的塑性一般是指材料发
生永久性变形而产生破坏的能力[1]
。对于金属材料，为了改善材料的使用性能，通常
需要提高材料的强度和塑性。根据霍尔-佩奇函数关系方程式 ，应用传统
的塑性加工方法（包括挤压、拉拔、轧制等）能够细化晶粒，改变组织结构，在一定
程度上改善材料的力学性能[2]
。如 Embury和 Fisher 等人在室温下对珠光体钢丝进行
拉拔，使得细小的珠光体片层间距细化至 10nm～100nm，获得了 4830Mpa 的抗拉强
度[3]。而 Yinmin wang等人在液氮温度下对纯铜进行轧制变形，随后退火处理，得到
的试样抗拉强度高达 430Mpa[4]
。但是根据位错理论不难发现，单方面的提高强度常
常伴随着塑性的下降，即金属的塑性和强度之间，在本质上存在一定的固有的矛盾[5]。
在工业应用中，对于金属材料而言，通常通过设法引入缺陷的方法进行强化。按
照强化机理可以分为：固溶强化、加工硬化、第二相粒子强化和细晶强化几种。其中
细晶强化不仅提高了材料的强度，同时改善了材料的塑性和韧性，因而成为一种有效
的强化方法。因而通过剧烈塑性变形以细化晶粒尺寸，来制备大块体超细晶材料（晶
粒尺寸为 100 ） 是近几十年来的热点领域， 特别以等径角挤压（Equal Channel
Angual Pressing，简称 ECAP）技术，自其于 1974 年由前苏联科学家 Segal 提出及完
善以来[6-8]
，已日益受到材料研究人员的关注和重视。目前，在研究材料的塑性加工
制备时，运用 ECAP变形技术以获得大块体亚微晶甚至纳米晶组织来控制材料的组织
和性能的方法，已经应用于铜和铜合金、铝和铝合金、碳钢以及纯铁等材料。
1.2 剧烈塑性变形
根据成形原理，制备块体超细晶金属材料的方法可以分为两大类：（1）由原子、
分子、离子等超细微粉体进行致密化处理获得，这些粒子可以通过气相冷凝法、电沉
积、高能球磨法等制备；（2）剧烈塑性变形法（Severe Plastic Deformation，也简称
SPD），即对现有的粗晶材料进行剧烈的塑性变形，从而获得较稳定的超细晶组织[9-11]
。
其中，与前者相比，SPD法具有一些独特的优点，具体包括：不存在超微粉体的繁琐的制备过程，因而不易引入杂质,同时减少粉末发生氧化的可能；适用的范围广，可
以用来制备大体积不含残留空洞试样，而且具有应用于工业的可能性[12-13]
。剧烈塑性
变形技术的应用一般需要满足以下几个基本条件：（1）能够获得具有大角度晶界的超
细组织，从而确保材料的性能得到改善，（2）变形试样的内部超细组织具有整体的均
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