梯度纳米结构材料的制备技术与力学性能研究

发布时间：2021-10-29 04:40

　　纳米结构金属具有很高的强度,但是大部分情况下,均匀拉伸伸长率较低。梯度纳米结构材料很好的克服了纳米材料的这一缺陷,由于其晶粒尺寸在空间上呈现梯度分布,不同尺寸的晶粒之间相互作用,产生了协同强化,大幅提高了材料的强度和硬度。而在各层材料之间的应变协调作用下,材料的均匀拉伸伸长率也得到了显著提升。梯度纳米结构材料优异的强度和塑性使其成为了研究的一大热点。本文针对梯度纳米结构材料的制备技术和力学性能表征进行了如下工作:（1）对表面碾压（SMRT）制备梯度纳米结构材料的方法进行改进。提出了通过气压调整压头压入量的方法,设计了小型的原型机用于模拟实验的工况,并根据模拟结果对实验的电机功率进行了校核。此外,针对实验设计了恒压进给装置、抗挠曲装置,用于保障试样加工的稳定性。并通过表面压痕有限元模拟,获得了实验中输入气压与压入深度的匹配关系。最后搭建了SMRT的设备,并制备了具有梯度结构的316L不锈钢。（2）基于Estrin等提出的位错密度演化方程,在abaqus中建立了与之对应的子程序Vumat。采用AISI4340的材料参数,建立了表面碾压（SMRT）的有限元模型,对单次碾压和多次碾压的工况分别... 

【文章来源】：浙江工业大学浙江省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同实验组屈服强度与晶粒尺寸关系的统计结果

第 1 章 绪论塑性是指材料在外力作用下发生不可恢复变形而不被破坏的能力结构和变形机制，塑性往往会因为晶粒尺寸的减小而得到提高。结果来看，绝大多数纳米晶的均匀拉伸伸长率小于 5%[7]，相比于属呈现出强度较高，但是塑性偏低的本征特征。如图 1-2 所示，m 的纳米 Cu，均匀拉伸伸长率低于 10%[8]，远低于粗晶 Cu。但是分纳米结构金属具有较高的均匀拉伸伸长率，这说明低塑性并非。

图 1-3 双峰结构 Cu 及其拉伸曲线图[9]孪晶强化也能有效的解决纳米晶塑性较低的问题[10]，Lu 等人采用电沉积的方法纳米结构铜中加入了纳米孪晶[11,12]，通过该方法制备获得的孪晶 Cu，屈服强度高达900MPa，抗拉强度为 1068MPa，均是粗晶铜的十倍。同时由图 1-4 可以看出，经过晶强化的纳米结构铜均匀伸长率为 12-14%，远高于普通的纳米结构铜。因此可以看孪晶强化也能很好的实现强度-塑性的匹配。


本文编号：3463981