《低層錯能納米金屬材料的力學行為及變形動力學》是依託四川大學，由黃崇湘擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低層錯能納米金屬材料的力學行為及變形動力學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃崇湘
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米材料因其良好的力學和物理性能而倍受關注。目前對納米金屬材料力學行為和變形動力學的研究主要集中在銅、鎳等具有較高層錯能的材料上，而對低層錯能納米材料的研究卻很缺乏，尚未建立完善的理論體系。層錯能是影響金屬材料變形機理和力學性能的重要因素。本項目選取具有低層錯能的納米銅合金和超細晶奧氏體不鏽鋼為研究對象，通過在不同溫度下的恆速率和變速率拉伸/壓縮、應力鬆弛等力學實驗，研究低層錯能納米材料的力學特性（強塑性、應力應變行為）和變形動力學（應變速率敏感性指數、熱激活活化體積），結合微觀結構觀察研究其變形機制，闡明層錯能、溫度、應變速率與流變應力、應變速率敏感性指數、活化體積之間的關係，構建相應的理論模型。研究結果將揭示層錯能、溫度和應變速率對納米材料力學行為和變形動力學的影響規律，為最佳化納米材料的力學性能和探索其變形機理提供可靠的實驗和理論依據，對發展工程化的高強、高韌金屬材料具有一定的參考價值
結題摘要
層錯能是影響金屬材料變形機理和力學性能的重要因素。目前對納米金屬材料力學行為和變形動力學的研究主要集中在銅、鎳等具有較高層錯能的材料上，而對低層錯能納米材料的研究卻很缺乏，尚未建立完善的理論體系。本項目選取具有低層錯能的納米銅合金、超細晶奧氏體不鏽鋼和納米結構高強度鋼為研究對象，通過恆速率和變速率拉伸/壓縮、應力鬆弛等力學實驗，獲得了以下代表性研究結果：（1）低層錯能納米金屬材料得製備、力學性能和變形動力學：（a）層錯能越小越容易通過強烈塑性變形方法獲得晶粒尺寸小的納米晶材料，可在銅鋁合金中獲得的平均晶粒尺寸約50 nm的塊體納米材料；（b）層錯能越小，強塑性越好；（c）在相同晶粒尺寸下，低層錯能納米銅合金的應變速率敏感性指數比納米銅低。這些研究結果對於深刻認識製備塊體納米金屬材料、低層錯能納米金屬的變形機理和力學行為具有重要的理論意義。2篇代表性論文是Mater. Sci. Eng. A（2012;556:638, 2014;611:274）。（2）高強高韌鋼鐵材料的組織細化與強韌性。該部分內容創新性的通過劇烈塑性變形結合熱處理的方法使得極難變形的超高強度鋼的強度提高500MPa。在超高強度鋼中，這樣大幅度地提高強度對於2000MPa級的超高強度鋼是一個新的突破。另外，通過逆相變的方法在304L不鏽鋼中獲得了近似理想的超細晶結構，使得材料強度大幅提高（屈服強度800MPa）的情況下仍保持很好的韌性（拉伸延伸率30%）。這些研究結果不僅具有重要的科學意義，而且為鋼鐵材料的強韌化途徑提供了一條具有重要工程套用價值的途徑，對實現工程結構減重具有廣闊的套用前景。代表性論文是Mater. Sci. Eng. A（2012;550:429-433）和Mater. Res. Lett.（2015;3:88-94）。（3）微/納米三明治疊層材料的力學行為。通過簡單塑性加工方法和熱處理獲得了心部納米、外層微米的三明治結構金屬材料。該結構材料表現出一些異常的力學現象，如相較於納米金屬材料具有很強的加工硬化能力、比混合法則預測的塑性更高。研究成果提供了研究微/納米多尺度力學現象的理想模型材料。這些研究成果對於認識和理解微/納米多尺度力學效應具有一定的意義。代表性論文是Scripta Mater.（2015; 103:57-60），是該期刊當季度的Top25（排名第3）。
