摘要
本文通过透射电镜、背散射电子衍射以及X射线衍射研究了多向压缩强变形纯AL在不同退火温度下的的微观组织演变，通过拉伸实验和疲劳裂纹扩展速率实验探究不同退火温度对强变形纯AL力学性能的影响，确定了最佳微观组织及性能对应的退火温度参数，在此基础上探究了多向压缩(MAC)过程中固溶原子及析出相回溶再析出现象对AL-4Cu合金晶粒细化效果影响，并结合MAC变形方式解释了不同退火处理下的性能特征及组织演变的机理。实验结果如下: (1)对于强塑性变形材料，退火处理后，晶粒粗化，同时由扁平状晶粒转变为等轴晶粒。明显的，大角度晶界的比例由未退火的29.3％增大至60℃退火的76.3％，退火温度进一步增加时，大角度晶界的比例增大缓慢。此外，随着退火温度的提高，取向差大于30°的大角度晶界在试样中占大部分。退火处理后，微观应变急剧降低，从0.0839％降低至0.0731％。但当退火温度为130℃时，由于发生再结晶过程，造成微观应变增大。 (2)对于未退火处理试样，扁长晶粒和高密度位错对试样的屈服强度和延展率有较大影响。60℃退火30min后其屈服强度明显提高，分析认为这与晶界处位错源的驱动和克服位错钉扎继续运动有关。延展率的降低是由于等轴晶粒的形成阻碍了晶粒间的协调变形所致。当退火温度高于60℃后，屈服强度和延展性降低至较低水平，分析认为这与晶粒粗化和微观结构的完善有关。 (3)和其他退火温度处理试样相比，60℃退火试样表现出较低的裂纹扩展速率和最低的裂纹尖端应力强度因子门槛值(△Kth)，这可能与RPZ的尺寸和大角度晶界的比例有关。130℃退火试样和200℃退火试样对比可以发现，裂纹萌生阶段对晶粒尺寸有很强的敏感性，在高△K区域，裂纹扩展对晶粒尺寸敏感性降低。这表明在裂纹扩展门槛区，由粗糙所致的闭合效应对裂纹扩展速率有较大的影响。 (4)室温下，经过相同变形道次后，由于固溶原子的存在导致AL-4Cu合金所形成的亚晶粒形貌不规则，晶内位错密度较高，呈长约200nm，宽约100nm的类竹节状，纯AL中亚晶粒内部位错密度低，呈直径约600nm的等轴状;AL-4Cu合金在室温下的析出相回溶现象抑制细小晶粒的形成，有利于亚晶内部位错密度的降低，50℃下的析出相回溶并再析出现象有利于细小晶粒的形成。
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