纳晶基双峰材料的力学性能研究

发布时间：2017-12-01 08:01

  本文关键词：纳晶基双峰材料的力学性能研究

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【摘要】：纳晶材料与相应的传统粗晶材料相比具有较高的强度和较好的耐磨性能,但其延性很低,限制了纳晶材料在工程领域的应用。为了克服纳晶材料低延性的缺陷,人们提出了许多改善纳晶材料延性的方法,其中最普遍有效的一种就是制备具有双峰结构的纳晶材料,在这样的结构中,纳晶基体提供高强度,而粗晶晶粒增加材料的延性,使纳晶材料在强度损失较小的情况下,延性相对大幅提高。为了研究纳晶双峰材料的本构关系和力学性能,本文基于位错机制和背应力理论建立了纳晶双峰材料的复合本构模型,模型忽略了晶界滑移、晶粒旋转、扩散蠕变等变形机制对本构行为的影响,材料中粗晶颗粒和纳晶颗粒的主要变形机制为晶内位错运动,同时考虑了由微裂纹发射位错引起的背应力。本文主要研究内容和结论总结如下:(1)以纳晶双峰Cu-Ag合金为例计算得到该材料的应力-应变曲线,并与实验数据进行对比,结果表明本文的模型能够很好的预测材料的本构行为,理论预测值与实验值基本一致。(2)在纳晶双峰材料的本构模型中,微裂纹生成于纳晶区域,裂纹尖端与粗晶颗粒相交,随着外界载荷的增大,裂纹尖端沿滑移面发射位错至粗晶对面晶界处并堆积,产生了背应力,反作用于微裂纹,阻碍了类似位错运动,为该材料带来了较强的应变硬化能力。(3)以纳晶双峰Cu为例,分析了晶粒尺寸分布对纳晶双峰材料力学性能的影响及其机理。分析结果显示:1)材料的强度随纳晶晶粒尺寸增大而明显降低,但延性与应变硬化能力随之增大而提高;2)粗晶晶粒尺寸增大时,各向同性应变硬化引起的流动应力随之降低,而背应力提高,材料的强度受两部分综合影响,但材料的延性与应变硬化能力始终随粗晶晶粒尺寸增大而增大;3)材料的强度随粗晶体积分数增大而降低,但延性与应变硬化能力随之增大而提高。(4)以纳晶双峰Cu为例,分析了外界因素(应变速率、变形温度)对纳晶双峰材料力学性能的影响及其机理。分析结果显示:材料的强度随应变速率增大而提高,延性随应变速率增大而降低;材料的强度随温度增大而降低,延性随温度增大而提高。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB301

【参考文献】

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1 余海燕;王友;;不同温度和应变速率下TRIP钢的流动应力[J];同济大学学报(自然科学版);2015年02期

2 王宏涛,杨卫;纳晶金属的力学行为[J];力学进展;2004年03期

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本文编号：1240379