Page 19 - 理化检验-物理分册2023年第十期

刘佳文, 等: 多层梯度超细晶粒钛的变形机制

缩性能一致, 随着晶粒尺寸的减小, 加工硬化性能减 2.2 微观形貌

弱。然而, 屈服后 MHSTi的应力显著增加, 经过 2.2.1 多层梯度钛的微观形貌
进一步压缩变形, 应变高达 35% , 材料显示出明显 用扫描电镜观察多层梯度钛, 结果如图4所示,

的加工硬化性能。 MHSTi的表面由 3 个不同的晶粒层组成[ 见图

4a )], 外表面是非晶纳米晶混合层( 厚度为30 μ m ),

中间层是纳米晶粒层( 厚度为60 μ m ), 最内部为超
细晶粒核。用透射电镜观察多层梯度钛, 可见顶层
由明显 的 非 晶 相 ( 明 区) 和 纳 米 晶 体 组 成 [ 见 图

4b )], 大部分区域的纳米晶体尺寸小于30nm 。下
一层由具有随机结晶方向取向的纳米颗粒组成[ 见
图4c )]。纳米晶粒的尺寸为5nm~80nm , 平均晶

粒尺寸约为40nm 。内心组织为超细等轴晶粒, 晶

粒尺寸为50~250nm [ 见图4b ) 和图4d )]。
图3 多层梯度超细晶粒钛和均匀超细晶粒钛的工程应力 - 应变曲线

图4 MHSTi 的微观形貌

图5为 MHSTi 中 NG 层和 UFG 核心的粒度 式中: d T 为晶粒的纵向尺寸; d L 为晶粒的横向尺寸。
分布直方图。粒径的表达式如式( 1 ) 所示。 从几个透射电镜暗场图像中统计测量了300个
( 1 ) 晶粒, 得到平均晶粒尺寸。
r= d T×d L

图5 MHSTi 中 NG层和 UFG核心的粒度分布直方图

2.2.2 断裂面的微观结构 图6a ) 清晰地显示了分布在压缩后 MHSTi 试样表面

为了将试验材料的加工硬化与其微观形貌联系 的大量剪切带, 一些剪切带分叉、 交叉并扭曲。剪切
起来, 用扫描电镜对试样的侧面和断裂面进行观察。 带的相互作用、 交叉和扭曲产生了局部约束效应, 阻

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