基于退火孪晶的纯铜晶界特征分布优化研究

来源:金属材料及热处理作者:郭海祥

【摘要】: 利用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了轧制和退火对工业纯铜晶界特征分布(GBCD)的影响。采用了基于EBSD的单一界面迹线法、五参数法和孪晶过滤法对轧制退火后试样中的∑3晶界进行共格和非共格成分统计分析。并且通过了“原位”组织观察对试样GBCD优化的微观机制进行探讨。结果表明: (1)冷轧变形和退火处理对材料GBCD有重要影响。小变形(10%)冷轧并高温退火的试样中出现了较多的∑3,∑9和∑27特殊晶界,特殊晶界的比例达到76%,有效地阻断了一般大角度晶界的网络连通性,试样的GBCD得到优化。随着冷轧变形量的不断增加(20%-40%),试样经高温退火后,特殊晶界的比例逐渐下降,不能有效地阻断一般大角度晶界的网络连通性,试样的GBCD没有得到优化。进一步分析认为:和中等变形量(30%-40%)相比,小变形量的试样形变储存能较少,不足以在后续的退火过程中发生以生成一般大角度晶界为特征的再结晶行为,而是以应力诱发晶界迁移(SIBM)为主,这可能是GBCD得到优化的关键。 (2)晶体取向对试样两步轧制退火GBCD影响不明显。不同取向的工业纯铜单晶试样经过75%以上大变形冷轧并高温再结晶退火然后再经过10%冷轧并高温短时退火(两步轧制退火)处理后,试样中均出现了较多的∑3,∑9和∑27特殊晶界,特殊晶界比例在70%-80%之间,(∑9+∑27)/∑3的比值在0.2左右,特殊晶粒的团簇特征相似,即全部试样的GBCD都得到较好优化。分析认为不同取向的单晶试样经过大变形轧制后其形变组织趋于一致,在随后的退后过程中其再结晶组织亦趋于一致,所以晶体取向对试样两步轧制退火GBCD影响不明显,不是影响GBCD优化的主要因素。 (3)预处理组织对试样冷轧退火GBCD有显著影响。细晶(约12微米)试样经小变形冷轧后在高温短时退火过程中形成了大量∑3n(n=1,2,3)特殊晶界,其比例达到75.7%,而且具有∑3n(n=1,2,3)取向关系的特殊晶粒团的平均尺寸较大,达到200μm,试样的GBCD得到较好优化。具有其它预处理组织(包括形变组织、部分再结晶组和粗晶组织)的试样,经过相同的小变形、高温退火处理后均没有使其GBCD得到很好的优化。EBSD原位观察、孪晶过滤(twin filtering)和五参数法(FPM)分析表明,三叉晶界(triple junctions)是轧制退火过程中非共格∑3晶界的有利形核位置,非共格∑3晶界的迁移反应可促进GBCD的优化,这是细晶试样经轧制退火后,其GBCD得到较好优化的关键原因。