梯度結構IF鋼的力學行為研究.pdf

1、單級、均質(zhì)納米金屬材料在室溫準靜態(tài)拉伸過程中，表現(xiàn)出低塑性的缺陷是限制其發(fā)展的重大瓶頸。而通過改變微結構，從而產(chǎn)生應變梯度和應力梯度以提高納米金屬綜合力學性能，為我們克服這一瓶頸提供了新的思路。與此同時，在研究梯度結構材料綜合力學性能時，還發(fā)現(xiàn)了類似于傳統(tǒng)低碳鋼中的屈服降行為。因而關于梯度納米金屬中出現(xiàn)的不同的屈服行為，對其微觀機理的解釋以及它的出現(xiàn)與存在又會怎樣影響材料的力學性能，是梯度結構材料研究領域內(nèi)相當重要的科學問題。通過對梯度

2、納米金屬宏觀力學性能、屈服行為、應變硬化行為、表面局部應變的分布與演化等的分析和討論，加深對上述科學問題的理解，并拓展對梯度結構金屬中屈服現(xiàn)象的認知，最終希望能對納米結構金屬力學性能的優(yōu)化、梯度納米結構金屬力學行為的認識與發(fā)展提供一點參考。
　　本文選取IF鋼為實驗材料，采用表面機械碾磨處理(SurfaceMechanical grinding Treatment，SMGT)技術原理，以表面納米化方式加工IF鋼薄板，并通過采用不同

3、的加工工藝，制備出多種具有不同屈服行為的梯度結構IF鋼。根據(jù)準靜態(tài)拉伸實驗結果、采用顯微硬度測試、循環(huán)應力松弛、三維全場應變測試等實驗方法，分別對梯度結構IF鋼中出現(xiàn)的幾種不同屈服行為進行測試分析。最后，還通過改變樣品的應變加載路徑，分析了應變路徑改變時對梯度結構IF鋼中有無特殊屈服行為的影響，以及對比不同路徑下的力學性能。其主要的研究研究結果如下:
　　(1) SMRGT處理得到的IF鋼，其屈服強度可以提高到退火態(tài)的2-3倍，而

4、且均勻延伸率保持在90％以上。然而，隨著加工工藝的改變，梯度結構IF鋼中相繼出現(xiàn)“up turn、yield drop+up turn、yield drop”等不同的屈服行為，加上退火態(tài)樣品的屈服現(xiàn)象，共有4種不同的屈服行為。
　　(2)從顯微硬度測試的結果來看，幾種樣品表層硬度高，芯部層硬度低，但芯部層的硬度還是要高于退火態(tài)樣品，說明樣品在加工過程中，表層晶粒與芯部晶粒都受到了影響;與此同時，對比拉伸前后的硬度結果，樣品主要的加

5、工硬化能力來源于芯部晶粒，但是表層晶粒也參與了一定的加工硬化過程。
　　(3)從循環(huán)應力松弛的結果來看，其中“upturn、yield drop”等現(xiàn)象的發(fā)生，是由于可動位錯密度的下降，可動位錯不足，導致加工硬化率的不足，與此同時物理激活體積上升，表示位錯運動穿越障礙的平均自由程增加，位錯運動阻礙增加;而隨后加工硬化能力的回復，是由于可動位錯密度的回升，物理激活體積下降了，表示位錯運動穿越障礙的平均自由程降低，位錯運動得以繼續(xù)。<

6、br>　　(4)從DIC實驗結果來看，“up turn”現(xiàn)象的出現(xiàn)，樣品局部出現(xiàn)高應變區(qū)，但是這種高應變區(qū)并不會發(fā)展成頸縮區(qū)，它會隨著拉伸的繼續(xù)而逐漸消失;“yield drop+up turn”現(xiàn)象出現(xiàn)時，樣品局部會出現(xiàn)兩個高應變區(qū)，其中一個高應變區(qū)最終發(fā)展成了頸縮區(qū)，而另一高應變區(qū)也在拉伸過程中逐漸消失;而對于單純的“yield drop”現(xiàn)象，樣品會在拉伸初期，也會出現(xiàn)一個高應變區(qū)，高應變區(qū)的出現(xiàn)對應著屈服降發(fā)生時的應變，而這個高