经等径角挤压技术制备的超细晶材料相对于传统粗晶材料来说:一方面,有着更为优异的物理性能(如磁性、弹性模量、扩展系数);另一方面,在单轴加载条件下它还具有更高的强度和塑性。这就意味着在工程领域超细晶材料可以制成更强的构件以确保支承安全。然而在材料或构件的实际服役过程中,大部分工况下材料或构件会经常性的承受循环载荷的作用。因此仅凭单轴加载下的力学性能指标来指导超细晶材料实际应用是不完善的,更进一步的考察其在循环载荷下的力学响应就显得尤为必要。基于上述原因,开展循环载荷下的力学行为研究对于推动超细晶材料的发展以及实际工程应用具有重要意义。因此本文以6061铝合金为研究对象,首先,采用等径角挤压工艺完成了 8道次挤压,通过金相显微观察和显微硬度分析,判断晶粒尺度是否达到了超细晶水平。其次,对比了不同挤压道次和不同应变幅下循环滞回特性,并研究了不同平均应力循环加载对原始粗晶和超细晶棘轮效应的影响。最后,采用EBSD微观表征技术对不同循环加载前后的超细晶6061铝合金微观组织变化进行了分析。主要研究成果如下:1、为获得超细晶6061铝合金材料,本文开展了等径角挤压实验,同时借助金相实验、硬度试验和室温静态拉伸实验对其组织细化效果进行分析,结果表明:挤压后,组织逐渐细化,8道次挤压组织晶粒细小且均匀。硬度由原始46.2HV提高到85.94HV,抗拉强度由原始179MPa增加到292MPa,增加了 63.1%。组织细化效果明显,强度提升幅度较大,对比现有研究成果,认为经8道次挤压后基本达到超细晶范围。2、通过应变控制循环加载试验,研究不同应变幅下不同挤压道次试样循环滞回特性,结果表明:原始粗晶滞回曲线对称性好,不同应变幅下包裹较好。挤压后试样在不同应变幅下滞回曲线有不同程度的交叉现象。多道次挤压使得合金滞回曲线形状系数变小,包申格效应增强。原始粗晶在0.5%和0.6%应变幅值下表现循环硬化现象,0.7%应变幅值下表现为循环软化现象。超细晶材料在0.5%和0.6%应变幅值下循环软化不太明显,0.7%应变幅值下表现为明显的循环软化。EBSD测试分析表明,超细晶材料循环软化可归结为循环加载过程中发生严重的动态再结晶现象。3、通过应力控制循环加载试验,研究了不同平均应力不同挤压道次试样的棘轮效应,结果表明:平均压应力和平均拉应力下棘轮应变均随挤压道次增加而增大。相同道次,平均压应力下棘轮应变大于平均拉应力下棘轮应变,且随着挤压道次增加,这种棘轮应变差异性也逐渐增大。EBSD测试结果表明,经等径角挤压后超细晶材料组织存在一定的织构,而织构的产生使得材料存在一定的各向异性,此外平均拉应下和平均压应力下动态再结晶程度存在明显的差异,进而导致不同平均应力下超细晶材料棘轮应变存在差异。4、通过EBSD对超细晶6061铝合金不同循环加载前后微观组织分析,结果表明:(1)挤压后的超细晶材料,平均晶粒尺寸1.08μm,内部位错密度较高,超细晶材料强度性能的改善可归因于较高的位错密度和晶粒尺寸减小。同时存在较高的施密特因子,利于循环加载过程中组织内部的位错滑移的发生。此外还观察到一定程度的动态再结晶现象,表明经8道次挤压组织内部开始出现了动态回复现象。(2)经应变控制循环加载后,平均晶粒尺寸长大至1.73μm,组织晶粒长大原因可归结于应变控制循环加载促进了动态再结晶的产生和发展,动态再结晶比例由原始的25%增加至75%。此外,发现经循环加载后组织内部存在大量弓弯晶界,为动态再结晶的形核和发展提供了基础。(3)经不同平均应力循环加载后,组织出现不同程度长大现象,平均压应力下晶粒尺寸长大至3.60μm,增加了 233.3%。而平均拉应力下晶粒尺寸长大至1.26μm,增加了 16.7%。通过观察发现平均压应力循环加载后位错密度大幅减小,第二相基本溶解,表明平均压应力循环加载促进了动态再结晶的产生,动态再结晶比例高达98%,进而导致组织大幅粗化。平均拉应力循环加载后位错密稍有减小,第二相含量基本不变,表明平均拉应力循环加载对动态再结晶起到一定抑制作用,动态再结晶比例仅为44.91%,表现为晶粒粗化并不明显。