層片納米結(jié)構(gòu)的力學行為及變形機理研究.pdf

1、對于材料而言，不管均勻結(jié)構(gòu)或不均勻結(jié)構(gòu)，其最終目標都是為了得到優(yōu)異的力學性能。根據(jù)霍爾-佩奇定律，納米晶材料的屈服強度極高，可塑性極低，會迅速頸縮失穩(wěn)。粗晶材料有很好塑性，但犧牲了強度。為了兼具高屈服強度和良好塑性，需要增加其應變硬化能力。為此，已有研究報道了多種增強增塑的策略。其中，梯度納米結(jié)構(gòu)和層片納米結(jié)構(gòu)使材料應變硬化能力提高很多，也獲得了很好的強度塑性。梯度結(jié)構(gòu)硬化的原因是存在應變梯度，導致塑性應變不相容，但缺乏細致的變形物理及

2、微結(jié)構(gòu)研究，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。層片納米結(jié)構(gòu)材料的特點是層片狀的納米級微觀結(jié)構(gòu)，軟硬相差值很大，甚至幾個量級。對其變形機理雖提出了背應力概念及背應力測試方法，但研究者對其認識及計算方法存在較大差異，對層片納米結(jié)構(gòu)的應變硬化機理及微結(jié)構(gòu)關(guān)系研究不深入，還沒有系統(tǒng)性認識其演化規(guī)律，故有必要對層片納米結(jié)構(gòu)進行剖析。從微元法和微結(jié)構(gòu)角度看，梯度納米結(jié)構(gòu)相當于是一層層納米層片結(jié)構(gòu)組合而成的，其微結(jié)構(gòu)機理是相通的。因此，探究并揭示層片納米結(jié)構(gòu)的力學行

3、為及其應變硬化機理便具有很高的學術(shù)意義和應用價值。
　　本文選取10號鋼和多層板作為模型材料。利用冷軋10號鋼板得到超細晶的層片結(jié)構(gòu)以及熱軋多層板，然后退火處理調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)，得到軟硬不均勻分布，晶粒大小不同的組織。通過單軸準靜態(tài)拉伸測試、顯微硬度測試、加卸載測試、應力松弛測試及應變場測試等，研究并分析其力學行為、背應力硬化、林位錯硬化及局部應變云圖演化；借助光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)及透射電子顯微鏡(TEM)表征

4、微觀結(jié)構(gòu)組織和觀察斷口形貌，最后分析并闡明了層片納米結(jié)構(gòu)的變形行為及其應變硬化機理。論文的主要結(jié)論如下：
　　(1)不同退火處理的層片結(jié)構(gòu)10號鋼試樣中存在軟-硬微區(qū)結(jié)構(gòu)，且硬度差值及硬度分布不均勻性越大，塑性應變不相容越明顯，導致背應力越大，從而使背應力硬化顯著提高加工硬化能力。拉伸時，軟-硬微區(qū)層片結(jié)構(gòu)試樣表面的局部應變是不均勻的，存在局部應變場及局部應變速率場。不均勻的軟硬微區(qū)結(jié)構(gòu)能有效抑制塑性變形初期的應變局域化，避免過早

5、頸縮失穩(wěn)。
　　(2)10號鋼層片組織的瞬態(tài)應變硬化實質(zhì)是變形時非均勻軟硬微區(qū)的塑性應變不相容，產(chǎn)生背應力，使 Kernel平均晶粒取向差變大，從而增加幾何必需位錯密度，導致背應力硬化。同時，可動位錯密度增加，激活體積減小以及位錯運動受阻，導致產(chǎn)生交滑移和多滑移，引起位錯纏結(jié)或交割，從而形成位錯墻或位錯界面，導致位錯交互作用增強，繼而產(chǎn)生林位錯硬化。背應力硬化和林位錯硬化共同影響變形時的加工硬化過程。
　　(3)大尺度不均勻