连续定向凝固铜的织构及其对变形和性能的影响

本项目综合采用SEM、EBSD、TEM、XRD和DSC等多种先进的检测分析技术，研究铜在连续定向凝固和加工变形过程的织构演变及其对变形和性能的影响。包括凝固过程影响取向的因素、亚结构、位错产生原因，加工过程中取向、亚结构、位错、储存能等的演变，取向对变形和性能的影响，位错密度与强度的关系，定向凝固组织材料变形机理，凝固组织对变形组织的影响，以及亚结构类型、位错密度与性能的关系等一系列涉及定向凝固材料在凝固和变形过程中的基础性、关键性的科学问题等。本研究在揭示连续定向凝固铜杆的织构、亚结构和位错在变形过程中的演变及其对变形和性能的影响、在确定连续定向凝固铜杆的变形机理、凝固组织对变形组织的影响以及提供大塑性变形制备金属纳米材料的新思路方面，具有创新性。本项目对于定向凝固、塑性变形、各向异性、纳米材料相关理论的丰富和发展都具有重要学术价值，对于高质量定向凝固材料的制备也具有重要的实践指导意义。

本项目综合运用微观组织观测、X射线衍射与力学性能测试分析等多种检测分析技术，探讨具有定向柱状晶组织的铜杆材在变形过程中的各向异性组织与塑性变形、性能的内在联系等科学问题。为定向组织铜线材的成形加工与实际应用提供理论基础，同时也可为其它类似材料的制备提供重要的参考和借鉴作用。. 研究表明，在不同形变量下，织构组分、塑性变形机理是不同的。不同的组织会引起性能的相应不同的变化。. 在变形初始阶段，宏观尺度上晶粒没有发生明显的分裂，晶界逐渐模糊。随着变形的继续，晶粒分裂加剧，逐渐被拉长成纤维晶。原始取向主要是<100>丝织构的杆材，变形中晶粒逐渐向着远离<100>方向、靠近<111>方向的趋势转变。剪切应力是织构组分转变的直接原因。在变形量较小时，晶体主要以<100>取向为主，变形方式以滑移为主。变形加工时，位错几乎沿同一方向不断增值，在晶界处发生交割。位错的增殖和交割使材料内部靠近晶界处产生大量的应力集中，形变首先在晶界处开始。当变形量较大、真应变达到1.41时，晶体取向演变为以<111>为主，晶粒中明显出现形变孪晶，说明孪生变形也参与到变形中。塑性变形机理是位错滑移和孪生变形共同起作用、且以孪生为主。当塑性变形达到很大程度、真应变达到8.84时，变形主要通过晶界滑动产生，滑移与孪生的作用减小。. 由于减少了横向晶界，柱状晶铜杆具有<100>取向时，塑性与导电性俱佳。形变量在一定范围内时，随着形变量的增加，线材抗拉强度逐渐升高，伸长率与导电率下降。但是由于原始的织构及在后续加工过程中的织构演变，线材可以保持较高的综合性能。当形变量达到一定程度时，线材的抗拉强度不再继续升高，而是有所下降。