面心立方金属三叉晶界中小变形及其退火行为研究

三叉晶界是金属材料重要的结构单元。虽有研究表明三叉晶界对金属材料形变退火显微组织结构的演化有重要影响，但不同特征三叉晶界本身的形变退火行为尚不清楚。本课题将采用离线式电子背散射衍射（EBSD）原位测试、透射电子显微和三维EBSD等技术研究具有通常晶粒尺寸（20-40微米）且层错能由高到低的面心立方金属纯铝、镍和铜三种材料中不同特征三叉晶界的中小轧制变形（2%-40%厚度减缩量）行为及其在后续退火过程中的回复和再结晶行为。将重点研究不同特征三叉晶界的变形亚结构和位错（包括层错）结构特征及其在退火过程中的演化行为，研究不同特征三叉晶界的再结晶形核和晶界迁移及晶粒长大问题。阐明三叉晶界特征分布影响金属材料形变退火显微组织结构演化的物理本质。本课题的实施与完成将为科学优化金属材料的显微组织结构（包括宏微观织构和晶界特征分布）提供新的理论和实验依据，具有普遍重要的科学意义。

利用离线原位电子背散射衍射（EBSD）和 TEM技术研究了面心立方结构高纯铝和高纯镍三叉结的变形行为（变形量为5%-35%的中小变形）及其退火行为，结合微观塑性变形理论和金属材料形变再结晶理论及透射电子显微镜（TEM）对变形高纯铜三叉结位错结构的观察和分析，研究了面心立方金属三叉结的变形机制和退火机理，为此类金属显微组织设计和性能调控提供了重要依据。.经不同厚度压下量冷轧变形的高纯铝、高纯铜和高纯镍，其三叉结及晶界附近的应变比晶粒内部大，且表现为相同应变水平下，软取向晶粒的应变大于硬取向晶粒。当轧制变形量大于17%时，在高纯铝中的晶界和叉结附近出现晶界影响区。冷轧变形的高纯铝在后续退火过程过程中发生晶界迁移和三叉结形核现象。一般大角度晶界迁移速度高于小角度晶界，三叉结对晶界的迁移有明显的拖曳或钉扎作用，晶界的迁移通常由硬取向晶粒向软取向晶粒迁移。冷轧变形的高纯镍和高纯铜在后续退火过程中发生三叉结原位形核现象，未发生晶界迁移。 在高纯铝和高纯镍三叉结处生成再结晶晶核与基体均呈非共格孪晶关系，高纯铝的形核率比高纯镍的低。在高纯铝中，再结晶晶核是通过大角度晶界从硬取向晶粒向两个软取向晶粒迁移在三叉结处形成的；而在高纯镍中，再结晶晶核是在至少包含两条一般大角度晶界的三叉结处原位形成。在进一步退火过程中，高纯铝和高纯镍三叉结处的再结晶晶核大部分被其它快速长大的晶粒所吞并。那些快速长大的晶粒均是初始组织中的原有晶粒，它们通过形变诱发晶界迁移的方式快速长大。在高纯镍中，原有晶粒的形变诱发晶界迁移可激发出大量∑3n（n=1,2,3）等特殊晶界，而在高纯铝中，没有发生此类现象。三叉结处的位错均为（1/2）<0 1 1>全位错。不管是高层错能的高纯铝，还是中低层错能的高纯镍（或高纯铜），在中小变形过程中，其三叉结处均以开动（1/2）<0 1 1>全位错的方式发生塑性变形，迁移的晶界与（1/2）<0 1 1>全位错交互作用导致原子面重排，并生成与硬取向晶粒呈∑3取向差关系的再结晶晶核。