納米晶金屬卸載塑性變形行為及其機制的研究

《納米晶金屬卸載塑性變形行為及其機制的研究》是依託吉林大學，由江忠浩擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米晶金屬卸載塑性變形行為及其機制的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：江忠浩
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

傳統粗晶多晶體金屬塑性變形時，交叉滑移繫上位錯相互作用產生的位錯網會限制位錯的運動並導致應變硬化，卸載時位錯結構仍保持穩定，所以，粗晶金屬總表現為彈性卸載。但對於納米晶金屬，位錯活動局限在少數滑移面上，不形成位錯網，位錯處於高應力狀態，卸載時位錯活動不會停止，將導致明顯的卸載塑性變形效應。由於不同的初始變形結構和應力狀態，納米晶金屬卸載時的位錯活動和晶界變形過程明顯不同於載入階段。研究納米晶金屬卸載塑性變形行為和相關位錯和晶界變形機制可深化對納米晶金屬塑性變形本質的認識，為納米晶金屬的合理使用提供依據。本項目開展系列壓縮循環和納米壓痕實驗，檢驗納米晶銅和鎳的卸載塑性變形行為及其與材料晶粒尺寸、加/卸速率和模式、溫度等的關係；利用增量卸載實驗確定應力場，基於相關位錯理論建立位錯密度模型，利用塑性變形動力學表達式確定熱激活參數，進行透射電鏡觀察，對納米晶銅和鎳卸載塑性變形行為進行理論解釋。

結題摘要

傳統粗晶多晶體金屬塑性變形時，交叉滑移繫上位錯相互作用產生的位錯網會限制位錯的運動並導致應變硬化，卸載時位錯結構仍保持穩定，所以，粗晶金屬總表現為彈性卸載。但對於納米晶金屬，位錯活動局限在少數滑移面上，不形成位錯網，位錯處於高應力狀態，卸載時位錯活動不會停止，將導致明顯的卸載塑性變形效應。由於不同的初始變形結構和應力狀態，納米晶金屬卸載時的位錯活動和晶界變形過程明顯不同於載入階段。研究納米晶金屬卸載塑性變形行為和相關位錯和晶界變形機制可深化對納米晶金屬塑性變形本質的認識，為納米晶金屬的合理使用提供依據。 本項目在納米銅上開展了壓縮循環實驗，在納米銅、納米鎳、納米鎳-鐵合金、納米級奧氏體不鏽鋼和納米鉭上開展了系統的納米壓痕保載蠕變實驗，這些實驗顯示納米晶金屬及合金顯示明顯的卸載或載入後塑性變形效應，其效應強烈依賴載入階段的位錯結構(密度)或載入應變或應力速率和納米晶金屬及合金的顯微結構(晶粒尺寸和晶界結構)。通過從壓縮增量卸載實驗和蠕變實驗得到熱激活參數(激活體積、應變速率敏感性和激活能)的測定,建立了位錯密度機率模型。研究發現，導致卸載塑性變形效應的本質是納米金屬中缺少足夠的位錯釘扎點，同時高密度的晶界即是位錯的源，也是位錯的阱，位錯結構不能有效存儲，卸載時會迅速在晶界處釋放，從而導致明顯的塑性變形效應。 為進一步檢驗這種效應，在納米晶金上開展高分辨電鏡原位觀察，表明納米金屬位錯和晶界活動活躍，具有極高的本徵塑性，進一步證實了卸載塑性變形效應的位錯和晶界機制。通過在納米和超細晶納銅以及不同晶粒尺寸的奧氏體不鏽鋼上開展不同速率拉伸實驗，利用位錯結構和變形表面形態的系統電鏡觀察，這些實驗進一步證實了位錯和晶界機制在控制納米金屬的應變硬化及應變局部化過程的獨特作用。