Zr的晶粒細(xì)化和力學(xué)性能.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)材料具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能。劇烈塑性變形技術(shù)可使金屬材料的晶粒細(xì)化至納米尺度，獲得無(wú)污染、無(wú)缺陷及體致密的理想納米材料。利用表面機(jī)械研磨處理(SMAT)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)材料表面納米化以提高整體性能。密排六方結(jié)構(gòu)(HCP)金屬是獲得廣泛應(yīng)用的工程結(jié)構(gòu)材料，利用SMAT技術(shù)將HCP金屬納米化，并研究其晶粒細(xì)化機(jī)制與力學(xué)性能具有理論與實(shí)際意義。 本工作以密排六方結(jié)構(gòu)金屬Zr為研究對(duì)象，利用SMAT技術(shù)獲得表層納米/超細(xì)晶

2、粒組織，利用X射線衍射分析及金相顯微鏡、掃描和透射電子顯微鏡，研究了微觀組織結(jié)構(gòu)特征，提出了Zr的塑性變形機(jī)制和應(yīng)變誘導(dǎo)的晶粒細(xì)化機(jī)制，并通過(guò)拉伸和硬度實(shí)驗(yàn)，獲得表面納米化Zr的力學(xué)響應(yīng)特性。主要研究結(jié)果如下： (1)SMAT過(guò)程中，Zr晶粒隨應(yīng)變?cè)黾佣?xì)化，在最表層獲得納米晶粒。塑性變形過(guò)程中，隨應(yīng)變?cè)黾?距表層距離減小)，應(yīng)變協(xié)調(diào)方式由變形孿生轉(zhuǎn)變?yōu)槲诲e(cuò)滑移。低應(yīng)變時(shí)的非連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和大應(yīng)變時(shí)的連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶導(dǎo)致晶粒細(xì)化。

3、 (2)在表層～25 μm的范圍內(nèi)，形成納米晶粒的FeCr金屬間化合物，平均晶粒尺寸為25±10 nm。在SMAT過(guò)程中，大應(yīng)變使Fe和Cr原子快速擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)化的Zr晶粒，發(fā)生了“原位”合金化，導(dǎo)致FeCr金屬間化合物形成。金屬間化合物層的納米硬度可達(dá)10.2 GPa。 (3)細(xì)化的表層可提高整體材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，但使加工硬化能力及拉伸伸長(zhǎng)率下降。應(yīng)變速率在10～～10-3 s-1范圍時(shí)，拉伸強(qiáng)度隨應(yīng)變速率的提高