本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下超細晶材料的力學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 頸縮 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài) 力學(xué)性能 變形機制

【摘要】：超細晶金屬材料具有高強度,但其低的拉伸塑性限制了其工業(yè)應(yīng)用,這是由于超細晶材料的晶粒尺寸比較小,位錯難以在晶粒內(nèi)部累積產(chǎn)生加工硬化所致。不少研究者通過改變超細晶材料的微觀結(jié)構(gòu)使其重獲加工硬化能力,也有不少學(xué)者從外部變形條件入手提高其拉伸塑性,目前已有的實驗結(jié)果表明超細晶材料在低溫和高應(yīng)變速率下塑性有所提升,但應(yīng)力狀態(tài)對超細晶材料力學(xué)性能的影響仍缺乏相關(guān)的研究。本工作主要探討應(yīng)力狀態(tài)對超細晶材料力學(xué)性能的影響,由于材料在頸縮產(chǎn)生后由單向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槎噍S應(yīng)力狀態(tài)。通過研究超細晶材料在頸縮后的塑性變形能力,并通過進一步引入的缺口拉伸試驗來分析應(yīng)力狀態(tài)對超細晶材料力學(xué)性能的影響。實驗分別選取劇烈塑性變形法制備的超細晶銅、超細晶鋁、超細晶鈦和其同成分粗晶材料進行拉伸實驗,在拉伸過程中配合使用三維光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)(ARAMIS)得到超細晶材料和粗晶材料拉伸變形的全過程以及應(yīng)變分布情況,同時有限元模擬給出頸縮區(qū)域和缺口區(qū)域的應(yīng)力分布和應(yīng)力三軸度,韌性斷裂機制和斷口的相關(guān)信息通過掃描電鏡(SEM)給出,得出以下結(jié)論：1. 雖然超細晶材料與粗晶材料工程應(yīng)力——應(yīng)變曲線上整體的斷裂延伸率相差很大,但僅考慮處于多軸應(yīng)力狀態(tài)下的頸縮階段,發(fā)現(xiàn)頸縮區(qū)域超細晶材料和粗晶材料的塑性變形能力相當(dāng),并且兩者頸縮區(qū)域的軸向真實應(yīng)力均比單向應(yīng)力狀態(tài)下有所提高。缺口實驗進一步證實復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下超細晶材料的強度提高,并且塑性變形能力與粗晶材料相當(dāng)。2. 有限元模擬揭示了頸縮區(qū)域和缺口處的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力三軸度。應(yīng)力三軸度影響材料的斷裂應(yīng)變。隨著應(yīng)力三軸度的提高,材料的斷裂應(yīng)變下降,并且粗晶銅更為明顯。由于金屬材料的韌性破斷都是源于空穴的形核、長大與聚合。隨著應(yīng)力三軸度的提高,空穴的擴張速率越快,同時空穴的長大與位錯的運動有關(guān),由于晶界對位錯運動的阻礙作用,空穴難以從一個晶粒向另一個晶粒擴展,使得超細晶材料中的空穴長大比較困難。因此,隨著應(yīng)力三軸度的提高,超細晶材料斷裂應(yīng)變下降的幅度比粗晶材料低。3.應(yīng)力狀態(tài)影響超細晶材料的變形機制。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下,材料的塑性變形被抑制,變形集中于局部區(qū)域內(nèi),為了繼續(xù)變形必須提高軸向應(yīng)力；隨著應(yīng)力的提高能夠激發(fā)超細晶材料內(nèi)部更多的滑移系或其他變形機制(晶界遷移)參與變形,使得超細晶銅的塑性變形能力與粗晶銅相當(dāng)。應(yīng)力狀態(tài)對粗晶材料的變形機制影響很小
【關(guān)鍵詞】：頸縮 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài) 力學(xué)性能 變形機制
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG113.25
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-25
• 1.1 引言10
• 1.2 超細晶材料的制備方法10-11
• 1.3 超細晶材料的力學(xué)性能11-14
• 1.3.1 強度11-12
• 1.3.2 塑性12-14
• 1.4 應(yīng)力狀態(tài)對超細晶材料力學(xué)性能的影響14-16
• 1.5 超細晶材料的塑性變形機理16-17
• 1.5.1 位錯協(xié)調(diào)變形機制16-17
• 1.5.2 晶界協(xié)調(diào)變形機制17
• 1.6 頸縮17-20
• 1.6.1 頸縮區(qū)域的應(yīng)力18-19
• 1.6.2 頸縮的影響機制19-20
• 1.7 韌性材料的斷裂機理20-24
• 1.7.1 韌窩型斷裂20-21
• 1.7.2 剪切型斷裂21
• 1.7.3 宏觀斷裂模式與應(yīng)力三軸度的關(guān)系21-23
• 1.7.4 斷裂判據(jù)23-24
• 1.8 本課題的研究意義和研究內(nèi)容24-25
• 第二章 實驗材料及實驗方法25-31
• 2.1 實驗材料的制備25-26
• 2.2 微觀結(jié)構(gòu)表征26-27
• 2.2.1 電子背散射衍射(EBSD)觀察26-27
• 2.2.2 透射電鏡(TEM)觀察27
• 2.2.3 掃描電鏡(SEM)觀察27
• 2.2.4 原子力顯微鏡(AFM)觀察27
• 2.3 拉伸實驗27-28
• 2.3.1 光滑試樣的拉伸27
• 2.3.2 缺口試樣的拉伸27-28
• 2.4 非接觸式應(yīng)變測量28-30
• 2.5 有限元模型30-31
• 第三章 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下超細晶材料的力學(xué)性能及斷口分析31-49
• 3.1 單軸拉伸實驗31-41
• 3.1.1 超細晶銅和粗晶銅的拉伸實驗31-35
• 3.1.2 超細晶鋁和粗晶鋁的拉伸實驗35-37
• 3.1.3 超細晶鈦和粗晶鈦的拉伸實驗37-41
• 3.2 缺口拉伸實驗41-44
• 3.3 拉伸斷口分析44-47
• 3.3.1 超細晶銅和粗晶銅的斷口形貌分析44-46
• 3.3.2 超細晶鋁和粗晶鋁的斷口形貌分析46
• 3.3.3 超細晶鈦和粗晶鈦的斷口形貌分析46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第四章 有限元模擬(FEM)49-55
• 4.1 光滑拉伸試樣的模擬結(jié)果49-52
• 4.2 缺口拉伸試樣的模擬結(jié)果52-54
• 4.3 本章小結(jié)54-55
• 第五章 斷裂準則與塑性變形機制55-60
• 5.1 平板試樣的斷裂準則55-56
• 5.2 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下超細晶材料的變形機制56-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 第六章 主要結(jié)論60-61
• 致謝61-62
• 參考文獻62-65

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本文編號：950205