铜的热压缩变形及动态再结晶行为研究

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铜作为使用广泛的金属,因其优异的物理及化学性能应用于现代生产的各个领域。在热变形过程中,铜的微观组织及性能会有明显的变化,研究铜热压缩过程中的热变形行为对加工产品质量的改善与性能的优化有着重要作用。本文通过Gleeble-3800热力模拟试验机对铜进行热压缩试验,变形量为60%,应变速率为0.01s-1,0.1s-1,1s-1,10s-1,变形温度为200℃-800℃。通过origin软件对压缩后的数据进行处理得到铜的真应力-真应变曲线图,研究铜的流变应力曲线特征和动态再结晶行为,分析不同变形条件对铜流变行为的影响规律。建立本构方程,获得热激活能。绘制热加工图,得到铜热压缩变形过程中的失稳区与最佳加工区域。通过金相显微镜分析其微观组织,利用电子背散射衍射(EBSD)技术深入分析铜热压缩变形过程中的动态再结晶机理。通过显微硬度测试,分析硬度的变化规律。最后利用Deform-3D软件对热压缩过程进行数值模拟,探究其应力、应变的分布规律。研究结果表明:铜的流变应力值会随着变形温度的升高及应变速率的降低而减小,最大应力可达216.356MPa。铜的热变形激活能为199.15k J/mol。根据热加工图得出铜的失稳区主要发生在真应变较大、应变速率较高的区域,功率耗散效率范围是11%~38%,最佳加工参数为:应变速率0.01s-1-0.22s-1,温度760℃-800℃。分析金相及EBSD得出动态再结晶呈“项链状”组织,随着温度的升高,再结晶尺寸有所增大,变形温度在500℃-800℃下动态再结晶的体积分数分别为32.58%、35.36%、40.24%、45.16%。高温下主要发生的是非连续再结晶形核,多为大角晶界,取向差呈双峰特征;低温下,发生少量的连续再结晶形核,多为小角晶界,取向差呈单峰特征。铜的织构密度会随温度的升高而降低。铜的显微硬度会随着变形温度的升高而降低,主要是发生了高温软化行为。通过Deform-3D数值模拟得出,高温及低应变速率下,铜的等效应变较大;低温及高应变速率下,铜的等效应力较大。
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