【摘 要】
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金属材料跨尺度构筑的多级晶粒微结构为解决传统金属材料强度-塑性的倒置关系提供了一种有效途径。研究层状界面、晶界、位错、剪切带等微观组织对层状材料的力学增强/破坏行为,对完善和丰富层状金属材料的微观结构设计与强韧化理论具有非常重要的科学意义和应用价值。本研究通过在脉冲期间间隙性引入搅拌和超声波制备出晶粒尺度层状排列的层状结构镍材料。研究表明,相对于粗晶镍,脉冲超声-直流-脉冲搅拌层状镍具有优良的综合
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金属材料跨尺度构筑的多级晶粒微结构为解决传统金属材料强度-塑性的倒置关系提供了一种有效途径。研究层状界面、晶界、位错、剪切带等微观组织对层状材料的力学增强/破坏行为,对完善和丰富层状金属材料的微观结构设计与强韧化理论具有非常重要的科学意义和应用价值。本研究通过在脉冲期间间隙性引入搅拌和超声波制备出晶粒尺度层状排列的层状结构镍材料。研究表明,相对于粗晶镍,脉冲超声-直流-脉冲搅拌层状镍具有优良的综合力学性能,其中脉冲超声-直流-脉冲搅拌-30 min的样品表现出最佳的强度-塑性匹配,其抗拉强度达到了756 MPa,均匀延伸率为10.1%;利用数字图像相关技术检测了试样表面上的应变分布,观察到明显的剪切带;应力松弛实验表明,随着应变的增加可动位错密度逐渐增加,并且层状材料的可动位错密度比粗晶高;强度与塑性的良好匹配主要源于层状界面的存在、几何必需位错的产生以及孪晶/层错的引入。在拉伸过程中,层状材料界面处产生大量的几何必需位错（geometrically necessary dislocations,GND）塞积,这有助于提高HDI（Hetero-deformation induced hardening）应力和HDI应变硬化,实现协同强化。对脉冲超声-直流-15 min和脉冲搅拌-直流-15 min样品其进行短时间低温退火处理,发现脉冲超声-直流-15 min样品（100℃退火30 min）出现了异常的退火强化现象。对脉冲超声-直流-15 min和脉冲搅拌-直流-15 min进行短时间高温退火处理,发现脉冲超声-直流-15 min样品的综合力学性能高于脉冲超声-直流-15 min样品,这主要源于超声波的空化效应促使脉冲超声层的晶粒细化,增加了细晶层和粗晶层之间的尺度差异,提升了形变过程中的协同强化效应。
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