第3期 张含卓等：应变速率对电沉积纳米晶铜拉伸性能的影响 .269. 600 D:1.04×102 375r (a)应变速率s (b) 500F A:l.04×105 E:1.04×101 B:1.04×10 F:1.04 350 400 C:1.04×103 325 m-0.023 300 300 200 275 00 250 0 20 30 10101041031021010910 应变% 应变速率8 图2纳米晶铜在不同应变速率下的真应力一应变曲线()及应变速率敏感指数(b) Fig.2 True stress"strain curves at different strain rates (a)and strain rate sensitivity m of nanocrystalline Cu(b) 强度的提高往往以降低韧性为代价，而在本实验中 0.023,约为粗晶铜m值的4倍 纳米晶铜的强度和韧性却能在高应变速率下同时 2.3表面和断口的形貌分析 增大 图3为不同应变速率下，试样颈缩区的表面形 由Hollomon公式o=Ke”计算可得：= 貌.SEM相片的拍摄方向与试样表面呈一定角度， 1.04×10-5s1时，应变硬化指数n和硬化系数K 可以看出：在不同应变速率下，拉伸变形后的试样表 分别为0.28和488MPa;而=1.04s时，相应的 面都变得较为粗糙，呈明显的浮雕状形貌，图3(a) n和K值分别为0.34和679MPa.这说明纳米晶 中有大量呈单元性特征的剪切带.同一个单元内的 铜不仅具有显著的应变硬化，而且硬化程度随着应 剪切带近似平行，长度从几个微米到十几个微米，形 变速率的增大而升高，因此，纳米晶铜在均匀塑性 状与Wu等]在超细晶铜循环变形实验中发现的 变形阶段的应变也随之升高，塑性变形的失稳判据 剪切带相似，剪切带是材料局部变形失稳的标志， 由Considere准则给出：(ao/ae)eo.分析表明： 纳米晶金属的剪切带往往在压缩实验中产生[山，而 =1.04×10-5s1时，失稳后应变n=0.032,占总 在拉伸变形中很少出现.另外，图3(a)中有几处凹 应变的13.8%；而=1.04s1时，相应的m= 陷和浮突的幅度很大，通过局部放大相片可以观察 0.103,占总应变的26.1%.显然随着应变速率的增 到微裂纹，这也说明在低应变速率下，纳米晶铜由 大，失稳阶段的应变显著升高，而且对总应变的贡献 于局部变形失稳而断裂.与图3(a)相比，图3(b)中 越来越大，这是纳米晶铜在高应变速率下具有高韧 的表面粗糙程度更加剧烈，类似于超塑性材料变形 性的另一个原因.图2(b)为10%的塑性应变下流 时由于晶粒转动或滑移造成的表面松弛2].浮突 变应力与应变速率的关系.由公式m=no/an 表面有明显的波纹状起伏，但是幅度较小，并没有发 计算可知，纳米晶铜的应变速率敏感指数m= 现剪切带和微裂纹，这说明纳米晶铜在高应变速率 (a) m0e28JH-5666 56850um802aJs1t-5600 图3不同应变速率下，试样颈缩区的表面形貌.(a)=1.04×10-5.1;(b)=1.04s-1 Fig3 Deformed surfaces in the necking region of the specimens tested at different strain rates:(a)1.04X105s(b)=1.04s 下经历了严重的塑性变形之后才断裂 和()可以看出，两者都具有典型的韧窝状形貌，说 不同应变速率下，试样的断口形貌如图4.其中 明纳米晶铜在不同应变速率下均为韧性断裂.但两 右上角为断口全貌的低倍SEM相片，比较图4(a) 者的不同之处也很明显：=1.04×10-5s1时图2 纳米晶铜在不同应变速率下的真应力－应变曲线（a）及应变速率敏感指数（b） Fig．2 True stress-strain curves at different strain rates （a） and strain rate sensitivity m of nanocrystalline Cu （b） 强度的提高往往以降低韧性为代价‚而在本实验中 纳米晶铜的强度和韧性却能在高应变速率下同时 增大． 由 Hollomon 公 式 σ＝ Kεn 计 算 可 得：ε · ＝ 1∙04×10－5 s －1时‚应变硬化指数 n 和硬化系数 K 分别为0∙28和488MPa；而 ε ·＝1∙04s －1时‚相应的 n 和 K 值分别为0∙34和679MPa．这说明纳米晶 铜不仅具有显著的应变硬化‚而且硬化程度随着应 变速率的增大而升高．因此‚纳米晶铜在均匀塑性 变形阶段的应变也随之升高．塑性变形的失稳判据 由 Considére 准则给出：（∂σ／∂ε）ε·≤σ．分析表明： ε ·＝1∙04×10－5s －1时‚失稳后应变εn＝0∙032‚占总 应变的 13∙8％；而 ε · ＝1∙04s －1时‚相应的 εn ＝ 0∙103‚占总应变的26∙1％．显然随着应变速率的增 大‚失稳阶段的应变显著升高‚而且对总应变的贡献 越来越大．这是纳米晶铜在高应变速率下具有高韧 性的另一个原因．图2（b）为10％的塑性应变下流 变应力与应变速率的关系．由公式 m＝∂lnσ／∂lnε · 计算可知‚纳米晶铜的应变速率敏感指数 m ＝ 0∙023‚约为粗晶铜 m 值的4倍． 2∙3 表面和断口的形貌分析 图3为不同应变速率下‚试样颈缩区的表面形 貌．SEM 相片的拍摄方向与试样表面呈一定角度． 可以看出：在不同应变速率下‚拉伸变形后的试样表 面都变得较为粗糙‚呈明显的浮雕状形貌．图3（a） 中有大量呈单元性特征的剪切带．同一个单元内的 剪切带近似平行‚长度从几个微米到十几个微米‚形 状与 Wu 等［10］在超细晶铜循环变形实验中发现的 剪切带相似．剪切带是材料局部变形失稳的标志‚ 纳米晶金属的剪切带往往在压缩实验中产生［11］‚而 在拉伸变形中很少出现．另外‚图3（a）中有几处凹 陷和浮突的幅度很大‚通过局部放大相片可以观察 到微裂纹．这也说明在低应变速率下‚纳米晶铜由 于局部变形失稳而断裂．与图3（a）相比‚图3（b）中 的表面粗糙程度更加剧烈‚类似于超塑性材料变形 时由于晶粒转动或滑移造成的表面松弛［12］．浮突 表面有明显的波纹状起伏‚但是幅度较小‚并没有发 现剪切带和微裂纹．这说明纳米晶铜在高应变速率 图3 不同应变速率下‚试样颈缩区的表面形貌．（a） ε·＝1∙04×10－5s －1；（b） ε·＝1∙04s －1 Fig．3 Deformed surfaces in the necking region of the specimens tested at different strain rates：（a） ε·＝1∙04×10－5s －1；（b） ε·＝1∙04s －1 下经历了严重的塑性变形之后才断裂． 不同应变速率下‚试样的断口形貌如图4．其中 右上角为断口全貌的低倍 SEM 相片．比较图4（a） 和（b）可以看出‚两者都具有典型的韧窝状形貌‚说 明纳米晶铜在不同应变速率下均为韧性断裂．但两 者的不同之处也很明显：ε · ＝1∙04×10－5 s －1时 第3期 张含卓等： 应变速率对电沉积纳米晶铜拉伸性能的影响 ·269·