《梯度納米結構金屬的應變硬化行為及微觀機理》是依託中國科學院力學研究所，由陳柳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：梯度納米結構金屬的應變硬化行為及微觀機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳柳
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用表面機械研磨技術製備奧氏體不鏽鋼的梯度納米結構塊體樣品，為揭示梯度納米結構金屬的應變硬化行為及微結構機理，進行拉伸、循環應力鬆弛和顯微壓入等力學性能測試，研究表層的強度和塑性等力學性能；利用有限元模擬，研究表層與粗晶基體塑性協調的微觀力學過程；利用X射線衍射、透射電子顯微鏡等研究梯度納米結構表層的晶粒尺寸、孿晶和相組成的梯度分布特徵，重點關注不同拉伸應變下梯度納米結構表層中位錯、層錯、孿晶和相變的形成、發生及互動作用，揭示(1)梯度納米結構表層應變硬化的微結構機理；(2)表層與粗晶基體塑性協調的微觀力學過程。通過本項目的研究，闡明梯度納米結構金屬高拉伸伸長率的微觀機制，建立梯度納米結構金屬巨觀力學性能與關鍵梯度參量的關聯，為澄清納米金屬本徵力學性能、突破納米金屬低塑性瓶頸提供思路。
結題摘要
為揭示梯度納米結構金屬的應變硬化機理，利用SAMT技術在IF鋼、304不鏽鋼、AZ31鎂合金中製備了多種梯度納米結構樣品，通過拉伸、循環應力鬆弛、微結構表征以及有限元模擬，研究了梯度納米結構表層與粗晶基體協調變形的微觀過程、力學性能與應變硬化規律、以及應變硬化過程對應的可動位錯形成與增殖、馬氏體相變等微結構行為。得出以下主要結論：(1) 梯度納米結構在拉伸過程中發生單軸向多軸的應力狀態轉變。粗晶基體發生屈服後，因泊松比不同而在梯度表層產生拉─壓、在粗晶基體形成拉─拉多軸應力狀態；整體進入屈服以後，梯度表層失穩受基體抑制，表層產生拉─拉、而粗晶基體形成拉─壓多軸應力狀態；(2) 梯度表層與粗晶基體在側向的協調變形使梯度納米結構在拉伸過程中形成應變梯度，導致幾何必需位錯密度增加從而提高應變硬化；同時應力狀態由單軸向多軸的轉變過程使可動位錯密度不斷形成並增殖，進一步提高了位錯互動作用與應變硬化；(3) 梯度納米結構表層細小的晶粒結構和多軸應力狀態使馬氏體相變持續到較高的應力與應變水平，使得在高應力水平下獲得高應變硬化，從而得到超過1500 MPa屈服強度和20%均勻拉伸伸長率；(4) 在鎂合金中，梯度納米結構表層與粗晶基體不同的滑移模式在界面處形成高應力，使錐面滑移在室溫下被激活，從而使屈服強度提高2─5倍且保留超過10%的拉伸伸長率。此外，由於負責人工作單位發生變動，開展了部分適應新單位要求的研究工作，得到主要結論如：(5) TiAl合金熱處理過程中微孔膨脹以致微裂紋形成是室溫脆性的主要因素，通過集成熱等靜壓和熱處理工藝，得到無缺陷組織並使室溫強度與拉伸延性同時提高；(6) 位錯可在石墨烯/金屬基體界面上滑移，從而影響並弱化石墨烯金屬的變形織構；同時石墨烯可抑制晶界遷移而提高金屬的熱穩定性。
