Page 17 - 理化检验-物理分册2023年第十期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202310001

多层梯度超细晶粒钛的变形机制

刘佳文 , 刘 彬 , 曹丽丽 , 郭伟彬 , 方红梅 1

2
1
2
1

( 1. 浙江科技学院 机械与能源工程学院, 杭州 310023 ; 2. 浙江蓝剑检测技术有限公司, 杭州 311103 )
摘 要: 采用冷轧与表面机械磨损处理相结合的方法, 设计和制备了具有多层梯度化结构的超
细晶粒钛。对制备的超细晶粒钛进行力学性能试验, 用扫描电子显微镜观察其显微组织形貌, 利用
透射电镜对材料的变形机制进行了详细研究。结果表明: 每一层都有其特定的变形和破坏机制, 变
形机制包括非晶纳米晶混合层的大量剪切带化、 纳米晶粒层的晶界诱导变形和超细晶粒的局部剪
切; 层与层之间连接处的梯度降低了界面破坏程度、 增加了止裂效应, 以及提高了接触承载能力; 这
种复杂的塑性变形提高了多层梯度钛的强度和加工硬化性能。

关键词: 超细晶粒钛; 多层结构; 梯度结构; 变形机制

中图分类号: TG113.25 ; TG115.2 文献标志码: A 文章编号: 1001-4012 ( 2023 ) 10-0001-07

Deformationmechanismofmultila y er g radientultrafine g rainedtitanium

1
1
2
2
LIUJiawen , LIUBin , CAOLili , GUO Weibin , FANGHon g mei
1

( 1.SchoolofMechanicalandEner gy , Zhe j ian gUniversit y ofScienceandTechnolo gy , Han g zhou310023 , China ;

2.Zhe j ian gLan j ianTestin gTechnolo gyCo. , Ltd. , Han g zhou311103 , China )

Abstract : Ultrafine g rainedtitanium withmultila y erandg radientstructurewasdesi g nedandp re p aredb y

combinin g coldrollin g andsurfacemechanicalweartreatment.Themechanical p ro p ertiesofthe p re p aredultrafine

g rainedtitanium weretested.The microstructure wasobserved b yscannin g electron microsco py , andthe

deformationmechanismofthematerialwasstudiedindetailb y transmissionelectronmicrosco py .Theresultsshow

thateachla y erhaditsowns p ecificdeformationandfailuremechanism.Thedeformationmechanismincludedalar g e

numberofshearbandin gofamor p housnanocr y stalline mixedla y er , g rainboundar yinduceddeformationof

nanocr y stallinela y erandlocalshearofultrafine g raincore.The g radientattheconnectionbetweenla y ersreduced

thede g reeofinterfacedama g e , increasedthecrackarresteffect , andim p rovedthecontactbearin g ca p acit y .This

com p lexp lasticdeformationim p rovedthestren g thandworkhardenin gp ro p ertiesofmultila y er g radienttitanium.

Ke y words : ultrafine g rainedtitanium ; multila y erstructure ; g radientstructure ; deformationmechanism
超细晶粒( UFG ) 金属是一种新型的先进材料, 与 的加工硬化性能较差, 在大应变范围内, 超细晶粒
普通工程材料相比, 大多数 UFG 金属都具有高强度 Cu 、 Fe 和 Ti 经过压缩试验后, 具有平坦的应力 - 应变
和高硬度, 但是其韧性及加工硬化性能较差 [ 1-2 ] 。众 曲线 。 UFG金属塑性和加工硬化性能的改善可用
[ 5 ]
所周知, UFG 材料的宏观塑性变形涉及剪切带的形 来抑制剪切带引起的局部应变软化。在过去的20a ,

成和演化 。 UFG 材料具有较小的晶粒尺寸, 导致 科学家们已经成功地提高了高强度纳米晶粒( NG ) 和
[ 3 ]
晶粒沿最大剪应力方向蔓延, 最终 UFG 材料因形成 UFG材料的延展性和韧性 。
[ 6 ]
一个或多个主导剪切带而失效 。同时, UFG 材料 另一种加强 UFG 材料韧性的方法就是引入外
[ 4 ]
部增韧机制。材料的增韧主要发生在裂纹扩展过程
中, 而不是裂纹产生阶段, 该过程可以使 UFG 材料
收稿日期: 2022-12-01
基金项目: 浙江省重点研发计划项目( 2021C01084 ) 具有较高的抗断裂性能或屏蔽裂纹扩展的能力。
作者简介: 刘佳文( 1997- ), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为高 UFG 和 NG 材料具有较低的敏感性和延展性, 这个
性能金属材料
特点与传统陶瓷或玻璃近似。目前, 对陶瓷或玻璃
通信作者: 方红梅, fine-home@163.com
1