柱状晶粒状态时的应变不均匀性

柱状晶粒状态时的应变不均匀性摘要：柱状晶粒样品的单个颗粒的局部变形应变测定体积的方法被提出。基于每个单元体面积的变化,这种方法被应用于冷轧12%镍。晶粒体积的变化与本身的每个单元体的应变相关联。2005年学报MaterialiaInc.)公布的爱思唯尔有限公司保留所有权利。1、介绍在晶粒的晶界处为了保持其连续性,即使材料在均匀的条件下变形,第一次变形时材料的应力和应变分布可能是不均匀的(如看到Ref。[1])。在早期研究[2、3]延伸率的科研人员中，他们通常用样品表面的拉伸变形来表示其特性。从单元体中可以看到不同的变形量和加工硬化。最近拉伯等人.[4]测量变形应变使用一种新颖的摄影测量方法，将样品颗粒放在模具中压缩8%记录数据。他们发现当施加一个很大的压力时，这些颗粒应变的倾斜度高达87.5%。这些系统有一个局限性是他们是能很好的研究样品表面的应变。本文的目的是介绍另一种方法来测定多晶样品的体积应变变化。这个方法用于测量冷轧变形后的连续柱状晶粒样品的变化。然后对可能影响晶粒取向的应变分布和晶粒尺寸进行了讨论。2、进行试验镍样品柱状晶粒结构和平均粒径(垂直于柱状方向)600um。三片大小30×10•2mm3插入垂直于柱状增长方向(图1)。第一片取出时无任何变形。第二片(立即采取低于第一片)是冷轧(卷直径=300毫米)一边减少12%(真应变=0.127),纵向方向的柱状颗粒平行压缩方向滚动。变形后,表面地揭示了季度层厚度。对样本,滚动平面(轧制方向形成,RD和横向方向,TD)用硫酸电解法抛光的解决方案。第三部分是左边未变形的和被切割在横向平面(由TD和正常的方向,ND),揭示了柱状晶粒结构。第一部分晶粒结构的(未变形的)特征在面积10•10平方毫米(ECC)的范围使用电子对比成像。20ECC显微图的剪辑画面是组装和绘图计划用来制造一个完整的点阵式晶粒结构示意图(图2)。晶体区测量的点阵式素描使用图像分析软件包图像工具3.0.1随后,一个电子背散射模式(不同)在同一地区进行区域扫描步长100um，并用于确定每个晶粒的晶体学取向关系。冷轧的样品反复重复这些步奏，示例(图2b)。比较晶粒结构与预期从一个统一的初始晶粒结构的变形情况,未变形的晶粒结构的大小根据测量冷轧试样的宏观形状变化来得到,图2摄氏度。这个结构的一下部分称为预期的晶粒结构。最后,允许一个视觉变形和预期晶体结构之间的对比,图2b中的每个颗粒被分配一个随机的颜色和叠加在预期的晶粒结构,如图2所示。数据分析,晶粒区域的边缘和一些晶粒的测量,不能确定是否排除未变形的和变形片区域(图2中的白色颗粒d)的144组数据的晶粒。3、结论图3给出了经过轧制的144晶粒，并分析了晶粒的方向和晶粒尺寸的分布(给出等效圆直径)。在图3中清楚的看到晶面族{100}的纤维纹理。晶粒研究部分的等效圆直径范围是从100到2000um。通过使用第三个片柱状颗粒来研究不同厚度的晶粒截面。如图4所示,显示TD-ND截面、晶粒确实表现柱状。晶粒样品的平均变化截面厚度为22lm,不同于标准19um(r)。这些小的影响偏离标准厚度，在第四部分讨论了应变测量。当观察晶粒的结构变化12%时，预计相比原来的晶粒结构有以下不同点：1、一些晶粒显示一个几乎完美的匹配,即大小,形状和位置一致(图5);2、一些颗粒正确大小和形状，但是转移方向可能有差异(图5b);3、一些晶粒的变形比预期的大(图5c),而一些晶粒更小(图5d)4、一些晶粒比预期有不同的形状,在这个意义上的某些部分晶界在预期的位置,而其他部分位置可能会改变(图5e)。这通常导致粒度也不同。估计晶粒位置变化的大小,这两个图片叠加显示在图2d，平移后每一晶粒彼此达到最好的最可能的位置,一次平移一个。平移高达约300um可以观察到周围的所有地方。测量晶粒面积的变化被用于分析晶粒应变的分布。工程计算和真实应变被计算：ee¼ðh1h0Þ=h0¼ðA1A0Þ=A1ð1Þet¼ln½1=ð1eeÞ&¼lnðA1=A0Þð2Þh0,A0是晶粒变形之前的高度和面积,h1,A1在变形后的值。真应变的分布对所有144粒(图6)显示了一个广泛的值,并显示一些晶粒相对于样本宏应变有12%的偏差(et=0.127)。探讨如何通过样品不同厚度的晶粒形状轧制后,从几十微米层进一步被磨平。表面反复通过电化学抛光,再次以如前所述的同样的方式检查。晶粒结构如图7所示，观察叠加层和厚度层的晶粒结构。我们可以看到，对大多数晶粒的两层有一个很好的匹配。图2所示。晶粒结构的草图:(a)初始(滚动);(b)变形(滚动);(c)预计初始结构调整根据整体宏观变形;(d)预期的结构(黑线)叠加变形结构(每粒颜色随机;地区白不分析)。图3所示。(a)分析晶粒的初始取向;(b)初始晶粒的径分布(等效圆直径)。图4所示。SEM剪辑画面显示柱状颗粒在TD-ND部分未变形的片图5所示。不同类型的晶粒形变观察到的例子:(a)相同的横截面积和位置;(b)相同的横截面积但转移位置不同;(c)一个比预期的变形后更大的横截面积,(d)一个更小的横截面积;(e)比预期不同的形状和大小。图6所示。从单个颗粒测量的真应变的分布图7所示。晶粒结构的一部分的一段畸形样本经过进一步去除几十微米(黑线),叠加在quarter-layer部分(彩色)4、结论与讨论不完全柱状晶粒必须考虑微小变化的影响。影响是，对晶粒样本切片厚度应变测量的影响的影响。效果可以从晶粒截面()样品厚度的测量偏差估计(图4)。由于柱状晶粒截面的任何变化都将导致一个明显偏离名义上应用的压力。假设晶粒的截面l0在一个地方，可能有截面l0±在另一个位置给出了上下名义应变极限elow¼ln½expð0.127Þðl0dlÞ=l0&ð3Þeupp¼ln½expð0.127Þðl0þdlÞ=l0&ð4Þ计算上下偏差定义的边界限制应变不能区别名义上的应变。这个价值(upplow)也代表了估计误差在应变测定晶粒直径的函数。假设柱状晶粒的测量偏差()未变形的样品是惯用的分布,精确估计的数据可以通过考虑dl位于一个(95.5%)或两个(99.7%置信)平均标准偏差之间。在图8中，这个错误的影响在应变测定实验结果中体现。这表明在目前的实验测量晶粒尺寸与应变的函数。彩色的线条代表下偏差和上偏差=22，60和79um。用空心方形代表晶粒测量应变的点，不同于名义应变的置信水平(CL)用彩色标示(如点用红色标记不同于名义应变至少有95.5%的信心)。图8所示。变化的名义应变的函数粒度。实线代表的上下应变不能区别名义应变，计算出平均为95.5%和99.7%的置信区间。用空心方形代表晶粒测量应变的点，不同于名义应变的置信水平通过彩色表示。发现的144种晶粒,41%应变不能可靠地落在名义上应用应变95%置信水平区间(=60um)。这些晶粒分为A型晶粒。剩下的晶粒,与个别应变小或大于名义上宏应变,分别分为类型B和C。表1给出了每个类别的晶粒的数量的估计值。数据也进一步分解基于晶粒取向(使用背离临界值15l-晶粒落入一个以上的类别分配最近的理想取向)。由泰勒因素,M(表1)可知，受到的压力可能与每个晶粒的运动、硬度有关。根据他们的低泰勒因素,多维数据集和ND22.5L旋转立方体(RC)晶粒应该变形超过所有晶粒的平均价值。然而,这并不符合我们的观察,晶粒在C组的分数(仅考虑数据95%置信水平)是相同取向。因此对晶粒的大部分样本泰勒因素不能给出一个好的预测压力。这个结论是观察表面颗粒的拉伯等人一致得出的结果.[4]。晶粒尺寸变化不同的区域由不同的解释[5]。对于粒度缺乏一个明确的趋势(图8),然而,并不奇怪,因为每个晶粒必须遵循其周围的环境而变形。此外晶粒是柱状的,这意味着所有晶粒ND一起更大。表1晶粒的数量表现出不同的分类在柱状晶粒的滚动样本中,每个颗粒的高度将会相同的减小。保持恒定体积,面积增加的晶粒应该相似,而且应该符合实施宏观应变的特性。正如上面所讨论的这不是现在的情况调查。这种差异可能有几个原因:(i)由于晶粒硬度差异,一些晶粒可能不会沿着ND相同数量变形。然而这将导致变形后在宏观上的粗糙表面。滚动的目视样本检查显示,变形后的表面保持光滑;(ii)如果材料包含硬柱状颗粒周围柔和的晶粒,晶粒可能越会通过厚度方向。这种晶粒的有效高度会比样品的高度,和横截面积变化小于柔和的晶粒。这也将导致一个小转变的晶粒,如在某些情况下(图5b)。类似的效果出现在纤维增强复合材料[6];(iii)横截面积,每个颗粒可能通过样品厚度不同,所以,尽管平均一个统一的横截面积,但某些部分面积也会有较小的改变。(2)或(3)已经解释不支持执行的连续切片。然而,只有两个部分分开几十微米已经被研究过,和更彻底的连续切片观察许多部分在整个样本厚度需要一个适当的调查。5、结论柱状晶粒材料的不同和ECC调查之前和之后的变形，提供了一种替代方法来研究大部分的多晶样品的应变分布。柱状晶粒的样本,冷轧减少12%,发现一些晶粒变形量接近宏观变形,而其他位置的变化,比预期的更大或更小的横截面积,或得到一个意想不到的变化形状。横截面积的变化以及本身的应变可以计算。观察本身的应变变化,以58%的晶粒展示本身应变不同的名义上，应用宏应变在95.5%置信水平。压力变化不可能直接影响晶粒尺寸和晶体取向。确认这部分工作是由中国国家自然科学基金支持下完成，合同号码50371041和50231030。Juuld•延森承认丹麦国家研究中心支持基本的基础研究：金属结构哪一部分在四维空间中工作。