多晶銅單向壓縮塑性變形機(jī)制多尺度研究.pdf

1、金屬塑性變形理論在研究金屬塑性加工和機(jī)械結(jié)構(gòu)變形失效方面具有重要的意義?；谶B續(xù)介質(zhì)力學(xué)的唯像塑性本構(gòu)理論在于能夠在宏觀尺度上解決金屬的塑性變形問題。晶體塑性理論引入了塑性剪切應(yīng)變來描述滑移系上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)思想將不連續(xù)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)看作連續(xù)的塑性變形過程，從而將微觀結(jié)構(gòu)與宏觀的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)聯(lián)系在一起。不同尺度的相同金屬材料，其塑性變形的宏觀力學(xué)行為可能會(huì)存在巨大的差異，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的尺寸效應(yīng)問題。本論文就是從連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的唯像塑性本

2、構(gòu)理論和晶體塑性本構(gòu)理論出發(fā)，從宏觀尺度和介觀尺度研究多晶銅塑性變形的基本機(jī)制。
　　以多晶銅棒為研究對(duì)象，在室溫下對(duì)其進(jìn)行了不同變形量（20％、40%和60%）下的壓縮試驗(yàn)，對(duì)于壓縮變形后的多晶銅的顯微組織及織構(gòu)演化進(jìn)行了電子背散射衍射（Electron Back-Scattered Diffraction，簡稱EBSD）分析。分析結(jié)果表明：隨著變形的增加，幾何必要位錯(cuò)（geometric necessary dislocati

3、on，簡稱GND）密度在晶粒內(nèi)部和晶界處都出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起到阻礙作用，增大了變形抗力；原始試樣多以大角度晶界為主，當(dāng)壓縮變形60%時(shí)，晶粒內(nèi)部小角度晶界增加，晶粒得到細(xì)化，晶界數(shù)目增多；冷變形促使晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，形成織構(gòu)現(xiàn)象。當(dāng)變形量為20%時(shí)，多晶銅表現(xiàn)為{111}<112>織構(gòu)，當(dāng)變形量為60%時(shí)，多晶銅表現(xiàn)為{111}<110>纖維織構(gòu)。
　　采用基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的剛塑性有限元法，對(duì)于多晶銅的單向壓縮進(jìn)行了模擬，獲得

4、了不同變形量下的應(yīng)力場、應(yīng)變場和速度場?；诓煌冃螀^(qū)下的應(yīng)力分布和應(yīng)變分布，揭示了在宏觀尺度下多晶銅單向壓縮塑性變形的不均勻性。
　　從位錯(cuò)滑移的晶體塑性本構(gòu)模型為切入點(diǎn)，基于Voronoi理論，構(gòu)建了多晶銅晶體塑性有限元模型，優(yōu)化了晶體塑性有限元模擬參數(shù)(包括晶粒取向、晶粒數(shù)量和單元數(shù)量)，擬合了相關(guān)材料常數(shù)，并對(duì)多晶銅單向壓縮下的應(yīng)力應(yīng)變行為、不同變形量下的織構(gòu)演化以及塑性變形不均勻性進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果表明，晶體塑性有限元