梯度纳米孪晶金属强韧化机制及变形机理研究

In this proposal, gradient nanotwinned materials will be designed and prepared to optimize the strength and ductility combination of metallic materials. Gradient nanotwinned materials are expected to present the structure and deformation features of gradient structures, lamella structures and nanotwinned structures. In this work, gradient nanotwins will be induced in the CuAl alloys with different stacking fault energies by surface mechanical grinding treatment. We will investigate the relationship of deformation conditions and stacking fault energy with the structural sizes. The following investigations will be carried out: the preparation of the gradient nanotwins with different lamella sizes, strengthening mechanism and toughening mechanism of gradient nanotwins, the relationship of strength and ductility combination with microstructures, the connection of stress and strain between gradient nanotwins and coarse grains. The above investigations would provide the principle and preparation methods of the gradient nanotwins with a high strength and a high ductility.

针对金属材料强化存在强度提高、韧塑性下降的倒置关系，本项目提出设计、制备梯度纳米孪晶材料，利用梯度结构、层状结构和孪晶结构同时表现出的、不同结构所对应的塑性变形特点，以及不同变形结构之间的相互协同作用，实现梯度纳米孪晶材料强度和塑性匹配的优化和提高。项目拟通过表面机械碾压制备梯度纳米孪晶铜铝合金，研究变形条件和材料层错能大小与梯度纳米孪晶结构特征尺寸的关系；并通过随后的退火处理优化孪晶界面结构，提高梯度纳米孪晶材料的加工硬化能力，制备兼具高强度和高塑性的梯度纳米孪晶材料；研究梯度纳米孪晶材料强化、韧化机制和变形机理，为设计制备高强度、高塑性梯度纳米孪晶材料提供理论依据。

本项目通过表面机械碾压制备了梯度纳米孪晶铜合金和316L不锈钢，研究了变形条件和材料层错能大小与梯度纳米孪晶结构特征尺寸的关系，在此基础上研究了梯度纳米孪晶材料强化、韧化机制和变形机理，以及梯度纳米孪晶层和微米尺寸粗晶基体变形相互关联性。通过随后的退火处理优化孪晶界面结构，研究了退火时间、温度对纳米孪晶位错密度和界面特征的影响，以及位错密度降低后的梯度纳米孪晶材料强化、韧化机制。通过提高梯度纳米孪晶材料的加工硬化能力，制备了兼具高强度和高塑性的梯度纳米孪晶铜合金和316L不锈钢。此项研究揭示的梯度纳米孪晶材料强化、韧化机制和变形机理为设计制备高强度、高塑性梯度纳米孪晶材料提供了理论依据。