【摘 要】
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随着微技术的高速发展,各种元器件的结构尺度呈不断小型化趋势,对厚度更薄、质量更高的金属极薄带的需求急剧增加。当金属板的主要尺寸降低到与其固有尺寸相同数量级后会表现出明显的尺寸效应,将对可靠性产生一定的影响。基于此背景,本文选用深冲性能优良、应用领域较广的IF钢作为研究对象,研究IF钢在微尺寸下的力学性能变化规律及微观结构的演变行为,为促进IF钢极薄带在微技术中应用作出一些有益的尝试。本文主要研究内
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随着微技术的高速发展,各种元器件的结构尺度呈不断小型化趋势,对厚度更薄、质量更高的金属极薄带的需求急剧增加。当金属板的主要尺寸降低到与其固有尺寸相同数量级后会表现出明显的尺寸效应,将对可靠性产生一定的影响。基于此背景,本文选用深冲性能优良、应用领域较广的IF钢作为研究对象,研究IF钢在微尺寸下的力学性能变化规律及微观结构的演变行为,为促进IF钢极薄带在微技术中应用作出一些有益的尝试。本文主要研究内容如下:(1)以厚度为2 mm的IF钢退火板和冷轧板为原料,采用不同的压下率和异速比对其进行轧制,利用XRD研究轧制工艺对IF钢宏观织构的影响,结果表明:冷轧态和退火态IF钢在同步轧制过程中,织构的旋转路径为{001}<100>→{001}<110>→{112}<110>→{223}<110>。过大的压下率会使IF钢的滑移面与轧制力垂直平面之间的夹角减小,产生不利于深冲性能的织构。退火态IF钢拥有最高的{111}/{100}值,轧制过程中其值始终高于冷轧态。异步轧制下的剪切应力能够有效抑制不利织构组分的增加,更有利于形成均匀的γ织构。(2)在无中间退火的条件下,利用同步轧制和异步轧制技术相结合的方式将2 mm退火态IF钢轧制成厚度区间为1~0.02 mm的IF钢极薄带,对其进行拉伸性能检测研究IF钢在冷轧过程中的力学性能变化规律。利用TEM、SEM、3D激光共聚焦显微镜等设备研究IF钢在轧制过程中表面粗糙度、显微组织等变化情况。结果表明:当IF钢被轧薄至0.06 mm的过程中,位错密度不断攀升,当被轧薄至0.02 mm时,晶界变得光滑,晶内位错密度明显下降。IF钢极薄带在冷轧过程中表现出明显的力学性能尺寸效应,即屈服强度和抗拉强度随着厚度的减薄先增大后减小。IF钢在轧制过程中,其断裂性质伴随着韧窝的尺寸及数量改变而发生变化。变形区的摩擦作用能在一定程度上改善原料表面缺陷,降低拉伸过程中的表面粗糙化程度。(3)对厚度区间为0.5~0.02 mm的冷轧态IF钢进行不同温度退火,利用拉伸试验机对退火态IF钢进行力学性能检测,利用XRD、EBSD、3D激光共聚焦显微镜等设备对其微观结构和表面粗糙度进行表征。结果表明:退火使IF钢位错密度降低三个数量级,并且温度越高,位错消除越明显。退火温度的升高会直接导致IF钢自由表面粗糙度增加,使拉伸过程中的不均匀形加剧。拉伸变形过程中退火态IF钢极薄带表现出“越小越强”的晶粒尺寸效应和“越小越弱”的厚度尺寸效应。ND//<111>和ND//<112>取向晶粒的内部更易产生滑移,并先于转动,而ND//<001>取向晶粒则相对稳定。
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