《表面層片狀梯度納米結構金屬塑性行為與微觀機制》是依託北方工業大學，由何東擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：表面層片狀梯度納米結構金屬塑性行為與微觀機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：何東
- 依託單位：北方工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用SMRGT裝置，製備表面層片狀梯度納米結構(GNLS/CG)板狀樣品。採用拉伸、壓入和循環應力鬆弛等方法，研究GNLS/CG塑性行為和力學性能。採用SEM/EBSD, XRD, TEM, HRTEM等方法，定量表征晶粒尺寸、晶界類型、織構梯度、晶體缺陷等微結構特徵。結合TEM/SEM原位拉伸測試，研究GNLS/CG納米層片狀晶粒中晶體缺陷的演化以及小角度晶界的遷移和轉動。利用分子動力學模擬從原子層次上研究位錯的產生、塞積以及通過小角度晶界的情況。基於晶體塑性有限元，分析梯度層與粗晶層之間的應力/應變分布和協調塑性變形行為。通過研究，旨在建立微結構特徵參數與力學性能之間的關聯模型；揭示晶體缺陷與小角度晶界的互動作用；明晰小角度晶界在應力/應變驅動下的遷移、轉動行為與機理；最終闡明GNLS/CG的塑性行為和微觀機理；為設計出具有更高強度和穩定性，同時兼具優良塑性的納米金屬材料提供可能途徑。
結題摘要
採用自主設計的表面機械滾動碾壓處理(SMRGT, Surface Mechanical Rolling and Grinding Treatment)裝置，合理調節碾壓速度、單次碾壓深度、循環次數等工藝參數，成功製備出具有不同微觀組織特徵與梯度層含量的表面層片狀梯度納米結構(GNLS/CG)板狀、棒狀金屬鎳、鋁、銅樣品。結合顯微壓入、金相觀察、SEM/EBSD等實驗方法，定量表征了GNLS/CG結構中晶粒尺寸、晶界類型、織構梯度、晶體缺陷等微結構參數的梯度分布特徵。開展了室溫單軸拉伸、循環應力鬆弛等實驗，研究了GNLS/CG塑性變形行為和力學性能。結合SEM/EBSD準原位拉伸測試，研究了GNLS/CG納米層片狀晶粒在塑性變形過程中晶體取向、晶粒形貌以及小角度晶界的遷移、轉動過程。基於晶體塑性有限元方法，建立了GNLS/CG梯度結構的有限元模型，分析了梯度層與粗晶層之間的應力/應變分布和協調塑性變形行為。研究結果表明，GNLS/CG結構能顯著提高材料強度的同時依然保持其優異的均勻塑性變形能力：GNLS-CG金屬鎳屈服強度由粗晶態的65MPa提高到378MPa，其均勻塑性應變依然高達25%。不同體積含量的GNLS/CG梯度結構將導致不同的塑性變形行為，分別呈現出連續屈服、瞬態效應、屈服降(點)、屈服降(點)+瞬態效應的屈服特徵。應變硬化率的分析表明，GNLS-CG金屬結構擁有優異的均勻塑性變形能力與其加工硬化能力“再獲得”密切相關。塑性變形過程中微觀組織演化的準原位觀察表明，GNLS-CG金屬特殊的梯度結構對應變局域化現象有著顯著的抑制作用，有效防止塑性失穩的過早發生。晶體塑性有限元的模擬結果表明，梯度結構在塑性變形過程中存在顯著應力/應變的互動作用和協調塑性變形行為，這是其擁有優良均勻塑性的微觀機制。GNLS-CG金屬的屈服強度-均勻塑性之間呈現出特殊的“反香蕉型”關係，提供了設計、製備出兼具高強度和優良塑性納米金屬材料的可行途徑。
