论文部分内容阅读
梯度结构的存在可以显著提高材料的强度和延展性,改善这两种性能相互矛盾的关系。目前梯度结构材料的制备和其塑性变形的机理研究还不够完善,需要进一步的探究。本文将Cu、Cu-10wt.%Zn和Cu-30wt.%Zn材料表面进行表面机械研磨处理（Surface Mechanical Attrition Treatment,SMAT）加工处理得到梯度结构。制备了单层梯度结构和双层梯度结构两种类型的梯度结构,对Cu材料的梯度结构与协同强化效应（Synergetic strengthening effect）的关系进行分析。之后将Cu、Cu-10wt.%Zn和Cu-30wt.%Zn三种不同层错能（Stacking Fault Energy,SFE）的材料进行梯度结构制备,并分析不同SFE对材料的强度-塑性的影响。运用数字图像相关性（Digital Image Correlation,DIC）和原位EBSD分析对材料的塑性应变行为进行探究。材料经过SMAT处理后样品表层的晶粒得到有效细化,表层硬度及屈服强度得到明显提高。通过研究具有单层梯度结构和双层梯度结构的两种Cu材料的样品,双层梯度结构材料的屈服强度比单层梯度结构的屈服强度高20±5 MPa,均匀延伸率提高6%,说明双层梯度结构的材料具有更高的协同强化效应,其原因是梯度层的存在加强了异质变形诱导效应（Hetero-Deformation Induced,HDI）。双层梯度结构的材料应变相比于单层梯度结构的应变更为均匀,局部应变集中的情况被有效的限制。此外,通过分析Cu、Cu-10wt.%Zn和Cu-30wt.%Zn三种梯度结构材料,越低的SFE越容易出现密集的孪晶,其强度得到提高并且具有更优的延展性。但是,经过SMAT加工2min的梯度结构Cu-10wt.%Zn与退火态的Cu-10wt.%Zn相比,均匀延伸率仅下降了6.63%,而Cu与Cu-30wt.%Zn分别下降了17.45%和17.58%。通过TEM揭示了中间层错能材料在塑性变形过程中孪晶变形机制与位错变形机制会同时进行,故中间层错能材料具有更好的强度和塑性结合。DIC呈现了梯度结构材料在塑性变形过程中的演化,表层滑移带的均匀分布证明了良好的延展性由粗晶基体提供,并且较高的局部应变集中在梯度层和基体的交汇处。并且原位EBSD揭示了几何必须位错（Geometrically Necessary Dislocations,GNDs）在梯度层聚集,随着应变的增加,GNDs在梯度层和基体界面移动并积累,促使梯度结构的材料在塑性变形过程中出现协调变形。