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金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2025.00039
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基于深冷螺旋通道转角挤压工艺的几何动态剪切细晶机制

何敏 宋威 杨峰 郑颖 赵玉婷 刘坤

(徐州工程学院 机电工程学院  徐州 221018)

Geometric Dynamic Shear Refining Grain Behavior in Cryogenic Helical Channel Angular Pressing Process #br#

He Min, Song Wei, Yang Feng, Zheng Ying, Zhao Yuting, Liu Kun

School of Mechanical and Electrical Engineering, Xuzhou University of Technology, Xuzhou 221018, China


引用本文:

何敏 宋威 杨峰 刘坤 赵玉婷 郑颖. 基于深冷螺旋通道转角挤压工艺的几何动态剪切细晶机制[J]. 金属学报, DOI: 10.11900/0412.1961.2025.00039.

全文: PDF(2375 KB)  
摘要: 
为研究深冷条件下的大塑性变形细晶机制,本工作采用螺旋通道转角挤压(HCAP)工艺,研究了深冷条件下以孪晶和位错为塑性变形特征的细晶演化行为。在深冷(-196、-76 ℃)条件下对C18150铜合金和6005铝合金进行HCAP变形,并以室温条件作为对照组,通过EBSD和TEM观察了不同温度下两种合金的微观组织演变。提出了基于锯齿特征的几何动态剪切细晶机制,阐释了深冷HCAP (Cryo-HCAP)工艺中的等轴化细晶行为。结果表明,在深冷条件下,等效应变量达到3~5,发生了扭转变形,且薄化尺寸(即切断前端孪晶束长度/夹断前端变形晶粒厚度)达到亚晶粒尺寸的1~3倍。在以孪晶为特征的塑性变形中,在垂直于锯齿状孪晶界方向上,孪晶束在孪晶间隙处被切断,并在基体上偏转形成链状孪晶束,从而导致晶粒等轴细化;在以位错为特征的塑性变形中,在垂直于锯齿状晶界面方向变形晶粒被夹断,从而形成偏转的等轴化细晶。在深冷、大变形量和扭转变形条件下,这两种塑性变形机制均具有以下特征:当满足锯齿状(亚)晶界特征及薄化尺寸时,材料发生等轴化细晶行为;且随着温度的降低,大角度晶界比例显著增加。
关键词 深冷螺旋通道转角挤压大塑性变形孪晶位错几何动态剪切等轴化细晶行为锯齿亚晶界    
Abstract

To investigate the mechanism of grain refinement during severe plastic deformation at cryogenic temperatures, the helical channel angular pressing (HCAP) process was employed, and the grain refinement behaviour under twin- and dislocation-mediated plastic deformation modes was examined. Cryogenic HCAP (cryo-HCAP) experiments were carried out at −196 and −76 °C on C18150 copper alloy and 6005 aluminium alloy, respectively. Microstructural evolution in both alloys was characterised using EBSD and TEM, and the results were compared with those obtained under room temperature processing. A geometric dynamic shear grain refinement mechanism is proposed to elucidate the observed behaviour in the cryo-HCAP process, based on the formation of serrated subgrain boundaries. At cryogenic temperatures, when the equivalent strain reaches 3–5, twin bundles or deformed grains are thinned to approximately 1–3 times the subgrain diameter, and torsional deformation occurs. In the twinning-dominated plastic deformation mode, twin bundles oriented perpendicular to serrated twin boundaries are sheared off at twin gap intersections, leading to grain refinement and the formation of deflected, chain-like twin bundles within the matrix. In the dislocation-dominated deformation mode, equiaxed refined grains emerge when the deformed grains are pinched off perpendicular to the serrated subgrain boundaries. Under the combined effects of cryogenic temperature, severe plastic deformation and torsional strain, both deformation modes share the following characteristics: when serrated (sub)grain boundary structures and critical thinning dimensions are achieved, equiaxed refined grains are produced. Furthermore, the fraction of high-angle grain boundaries increases as temperature decreases.


Key wordscryogenic Helical Channel Angular Pressing,    severe plastic deformation,    twin,    dislocation,    geometric dynamic shear,    equiaxed and refined grain behavior,    serrated sub-grain boundary
收稿日期: 2025-02-13     
ZTFLH:  TG376.3  
基金资助:国家自然科学基金项目;江苏省“333工程”科研项目
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