梯度結(jié)構(gòu)IF鋼的力學(xué)行為研究.pdf

1、單級(jí)、均質(zhì)納米金屬材料在室溫準(zhǔn)靜態(tài)拉伸過(guò)程中，表現(xiàn)出低塑性的缺陷是限制其發(fā)展的重大瓶頸。而通過(guò)改變微結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生應(yīng)變梯度和應(yīng)力梯度以提高納米金屬綜合力學(xué)性能，為我們克服這一瓶頸提供了新的思路。與此同時(shí)，在研究梯度結(jié)構(gòu)材料綜合力學(xué)性能時(shí)，還發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似于傳統(tǒng)低碳鋼中的屈服降行為。因而關(guān)于梯度納米金屬中出現(xiàn)的不同的屈服行為，對(duì)其微觀機(jī)理的解釋以及它的出現(xiàn)與存在又會(huì)怎樣影響材料的力學(xué)性能，是梯度結(jié)構(gòu)材料研究領(lǐng)域內(nèi)相當(dāng)重要的科學(xué)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)梯度

2、納米金屬宏觀力學(xué)性能、屈服行為、應(yīng)變硬化行為、表面局部應(yīng)變的分布與演化等的分析和討論，加深對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題的理解，并拓展對(duì)梯度結(jié)構(gòu)金屬中屈服現(xiàn)象的認(rèn)知，最終希望能對(duì)納米結(jié)構(gòu)金屬力學(xué)性能的優(yōu)化、梯度納米結(jié)構(gòu)金屬力學(xué)行為的認(rèn)識(shí)與發(fā)展提供一點(diǎn)參考。
　　本文選取IF鋼為實(shí)驗(yàn)材料，采用表面機(jī)械碾磨處理(SurfaceMechanical grinding Treatment，SMGT)技術(shù)原理，以表面納米化方式加工IF鋼薄板，并通過(guò)采用不同

3、的加工工藝，制備出多種具有不同屈服行為的梯度結(jié)構(gòu)IF鋼。根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果、采用顯微硬度測(cè)試、循環(huán)應(yīng)力松弛、三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)試等實(shí)驗(yàn)方法，分別對(duì)梯度結(jié)構(gòu)IF鋼中出現(xiàn)的幾種不同屈服行為進(jìn)行測(cè)試分析。最后，還通過(guò)改變樣品的應(yīng)變加載路徑，分析了應(yīng)變路徑改變時(shí)對(duì)梯度結(jié)構(gòu)IF鋼中有無(wú)特殊屈服行為的影響，以及對(duì)比不同路徑下的力學(xué)性能。其主要的研究研究結(jié)果如下:
　　(1) SMRGT處理得到的IF鋼，其屈服強(qiáng)度可以提高到退火態(tài)的2-3倍，而

4、且均勻延伸率保持在90％以上。然而，隨著加工工藝的改變，梯度結(jié)構(gòu)IF鋼中相繼出現(xiàn)“up turn、yield drop+up turn、yield drop”等不同的屈服行為，加上退火態(tài)樣品的屈服現(xiàn)象，共有4種不同的屈服行為。
　　(2)從顯微硬度測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，幾種樣品表層硬度高，芯部層硬度低，但芯部層的硬度還是要高于退火態(tài)樣品，說(shuō)明樣品在加工過(guò)程中，表層晶粒與芯部晶粒都受到了影響;與此同時(shí)，對(duì)比拉伸前后的硬度結(jié)果，樣品主要的加

5、工硬化能力來(lái)源于芯部晶粒，但是表層晶粒也參與了一定的加工硬化過(guò)程。
　　(3)從循環(huán)應(yīng)力松弛的結(jié)果來(lái)看，其中“upturn、yield drop”等現(xiàn)象的發(fā)生，是由于可動(dòng)位錯(cuò)密度的下降，可動(dòng)位錯(cuò)不足，導(dǎo)致加工硬化率的不足，與此同時(shí)物理激活體積上升，表示位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)穿越障礙的平均自由程增加，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙增加;而隨后加工硬化能力的回復(fù)，是由于可動(dòng)位錯(cuò)密度的回升，物理激活體積下降了，表示位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)穿越障礙的平均自由程降低，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)得以繼續(xù)。<

6、br>　　(4)從DIC實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，“up turn”現(xiàn)象的出現(xiàn)，樣品局部出現(xiàn)高應(yīng)變區(qū)，但是這種高應(yīng)變區(qū)并不會(huì)發(fā)展成頸縮區(qū)，它會(huì)隨著拉伸的繼續(xù)而逐漸消失;“yield drop+up turn”現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，樣品局部會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)高應(yīng)變區(qū)，其中一個(gè)高應(yīng)變區(qū)最終發(fā)展成了頸縮區(qū)，而另一高應(yīng)變區(qū)也在拉伸過(guò)程中逐漸消失;而對(duì)于單純的“yield drop”現(xiàn)象，樣品會(huì)在拉伸初期，也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)高應(yīng)變區(qū)，高應(yīng)變區(qū)的出現(xiàn)對(duì)應(yīng)著屈服降發(fā)生時(shí)的應(yīng)變，而這個(gè)高