層片納米結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為及變形機(jī)理研究.pdf

1、對(duì)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(biāo)都是為了得到優(yōu)異的力學(xué)性能。根據(jù)霍爾-佩奇定律，納米晶材料的屈服強(qiáng)度極高，可塑性極低，會(huì)迅速頸縮失穩(wěn)。粗晶材料有很好塑性，但犧牲了強(qiáng)度。為了兼具高屈服強(qiáng)度和良好塑性，需要增加其應(yīng)變硬化能力。為此，已有研究報(bào)道了多種增強(qiáng)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(yīng)變硬化能力提高很多，也獲得了很好的強(qiáng)度塑性。梯度結(jié)構(gòu)硬化的原因是存在應(yīng)變梯度，導(dǎo)致塑性應(yīng)變不相容，但缺乏細(xì)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(diǎn)是層片狀的納米級(jí)微觀結(jié)構(gòu)，軟硬相差值很大，甚至幾個(gè)量級(jí)。對(duì)其變形機(jī)理雖提出了背應(yīng)力概念及背應(yīng)力測(cè)試方法，但研究者對(duì)其認(rèn)識(shí)及計(jì)算方法存在較大差異，對(duì)層片納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變硬化機(jī)理及微結(jié)構(gòu)關(guān)系研究不深入，還沒(méi)有系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)其演化規(guī)律，故有必要對(duì)層片納米結(jié)構(gòu)進(jìn)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(dāng)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(jī)理是相通的。因此，探究并揭示層片納米結(jié)構(gòu)的力學(xué)行

3、為及其應(yīng)變硬化機(jī)理便具有很高的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文選取10號(hào)鋼和多層板作為模型材料。利用冷軋10號(hào)鋼板得到超細(xì)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(guò)單軸準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測(cè)試、顯微硬度測(cè)試、加卸載測(cè)試、應(yīng)力松弛測(cè)試及應(yīng)變場(chǎng)測(cè)試等，研究并分析其力學(xué)行為、背應(yīng)力硬化、林位錯(cuò)硬化及局部應(yīng)變?cè)茍D演化；借助光學(xué)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(yīng)變硬化機(jī)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(hào)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(yīng)變不相容越明顯，導(dǎo)致背應(yīng)力越大，從而使背應(yīng)力硬化顯著提高加工硬化能力。拉伸時(shí)，軟-硬微區(qū)層片結(jié)構(gòu)試樣表面的局部應(yīng)變是不均勻的，存在局部應(yīng)變場(chǎng)及局部應(yīng)變速率場(chǎng)。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(yīng)變局域化，避免過(guò)早

5、頸縮失穩(wěn)。
　　(2)10號(hào)鋼層片組織的瞬態(tài)應(yīng)變硬化實(shí)質(zhì)是變形時(shí)非均勻軟硬微區(qū)的塑性應(yīng)變不相容，產(chǎn)生背應(yīng)力，使 Kernel平均晶粒取向差變大，從而增加幾何必需位錯(cuò)密度，導(dǎo)致背應(yīng)力硬化。同時(shí)，可動(dòng)位錯(cuò)密度增加，激活體積減小以及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，導(dǎo)致產(chǎn)生交滑移和多滑移，引起位錯(cuò)纏結(jié)或交割，從而形成位錯(cuò)墻或位錯(cuò)界面，導(dǎo)致位錯(cuò)交互作用增強(qiáng)，繼而產(chǎn)生林位錯(cuò)硬化。背應(yīng)力硬化和林位錯(cuò)硬化共同影響變形時(shí)的加工硬化過(guò)程。
　　(3)大尺度不均勻