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原标题:澳门皇冠gc128.com力学所提出多级构筑纳米结构的

浏览次数:178 时间:2019-09-21

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研究团队利用简单的工业化冷轧与再结晶退火,巧妙地构筑了一种多级晶粒尺度的纳米结构,即晶粒尺寸非均匀的异构 (heterogeneous grain structure),包含微米、亚微米和纳米等三个尺度的晶粒。他们发现多级结构在塑性变形时,发生应力应变再分配,特别是亚微米晶粒由于承担了较大的应力,可诱导变形孪生,在晶界不断形成纳米孪晶,并在拉伸变形过程中演化为纳米晶粒。多级结构最显著的拉伸变形特点是其本身由于纳米晶粒的形成而不断增强,发生动态的晶粒细化,类似于TWIP效应和TRIP效应。实验进而证实,大量原位形成的纳米晶粒诱导了迄今为止最为显著的背应力硬化效应 (澳门皇冠gc128.com,back stress hardening),提高了加工硬化能力,因而在1.2GPa的高屈服强度下获得了25%的拉伸均匀塑性。他们进一步发现,与均质的低层错能或高层错能纳米结构相比,多级结构在同等强度下可以获得更大的加工硬化能力和拉伸塑性。

图1.梯度纳米结构的动态剪切变形机理

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论文链接:12

图注: a. 单相CrCoNi中熵合金拉伸变形后的多级结构 (白色、蓝色和彩色分别为微米、亚微米和纳米晶粒),纳米晶粒在亚微米晶粒的晶界形成;b. 拉伸性能;c. 归一化加工硬化率;d. 强度–塑性匹配。

多级结构在准静态条件下具有优于均匀结构的力学性能,那么其在动态条件下是否同样具有优越的力学性能?各级结构及其协调变形如何影响动态力学性能?多级结构动态变形行为的微结构机理是什么?近期,中国科学院力学研究所、北卡州立大学、约翰霍普金斯大学的科研人员合作,在以上科学问题的研究中取得进展。

他们的研究成果揭示了多级构筑结构的强韧化机理,提出了针对低层错能金属材料如不锈钢和中高熵合金等的一条强韧化新途径。这项研究工作的合作者为美国约翰霍普金斯大学材料系教授马恩。研究工作得到科技部国家重点研发计划纳米科技重点专项、国家自然科学基金和中科院B类先导专项的资助。

针对梯度结构,科研人员设计了一套新的动态剪切试验手段,首次揭示了梯度纳米结构的动态剪切变形机理:由于各层之间在动态变形过程中发生应变分配,产生了额外的加工硬化,能够延迟剪切带在纳米晶表层的萌生,以及限制剪切带从表面到芯部的扩展(其传播速度相比均质结构低一个数量级),梯度纳米结构金属能够获得比均质结构优越的动态剪切性能,同时发现广为人知的剪切带萌生的最大应力准则在梯度结构中不再适用。

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