本文關(guān)鍵詞： 納晶雙峰材料 斷裂韌性 位錯(cuò)粘聚力模型 晶粒尺寸　出處：《華北電力大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：納晶材料與相應(yīng)的傳統(tǒng)粗晶材料相比具有較高的屈服強(qiáng)度和較好的耐磨性能,但其斷裂韌性很低,限制了納晶材料的應(yīng)用。為了克服納晶材料低斷裂韌性的缺陷,人們提出了許多解決納晶材料低斷裂韌性的方法,其中最普遍有效的一種就是制備雙峰結(jié)構(gòu),在這樣的結(jié)構(gòu)中納晶晶粒提供高強(qiáng)度,而粗晶晶粒增加材料的斷裂韌性,使納晶材料在強(qiáng)度損失較小的情況下,韌性相對(duì)大幅提高,我們把這種雙峰結(jié)構(gòu)的納晶材料稱為納晶雙峰材料。為了解釋納晶雙峰材料比相應(yīng)納晶材料具有更高斷裂韌性的機(jī)理,本文在充分理解納晶雙峰材料變形機(jī)制的基礎(chǔ)上建立了位錯(cuò)粘聚力模型,其目的是研究納晶雙峰材料的斷裂韌性K BB IC BB;模型只考慮了一種特殊的情況,即裂紋尖端位于納晶晶粒之間,與粗晶晶粒相交,粘聚力區(qū)長度被假設(shè)為納晶晶粒尺寸d。裂紋的鈍化和擴(kuò)展由粘聚力和位錯(cuò)聯(lián)合控制。位錯(cuò)從裂紋尖端發(fā)射到粗晶對(duì)面的晶界處并堆積,位錯(cuò)的發(fā)射過程對(duì)裂紋產(chǎn)生屏蔽效應(yīng),從而增加材料的斷裂韌性。本文的研究不僅具有重要的科學(xué)價(jià)值,而且也為設(shè)計(jì)既具有高強(qiáng)度又具有高斷裂韌性的納晶材料提供了理論基礎(chǔ),推動(dòng)了機(jī)械理論的發(fā)展和納晶材料的工程應(yīng)用。主要研究內(nèi)容和結(jié)論總結(jié)如下:(1)在納晶雙峰材料的位錯(cuò)粘聚力模型中,從裂紋尖端發(fā)射的位錯(cuò)最大數(shù)量N隨著粗晶晶粒尺寸D增大而增多,但最大發(fā)射位錯(cuò)數(shù)N的值相對(duì)很小且變化速率逐漸減小。N值相對(duì)很小且變化速率逐漸減小是因?yàn)殡S著粗晶晶粒尺寸D的增大,位錯(cuò)從裂紋尖端發(fā)射距離也會(huì)增大,施加在位錯(cuò)上的驅(qū)動(dòng)力會(huì)越來越小,而且位錯(cuò)到達(dá)粗晶晶界后被阻止,使得后來發(fā)射的位錯(cuò)的滑動(dòng)變得越來越困難。(2)在模型中,本文以銅為例分析了納晶雙峰材料裂紋尖端的斷裂韌性與納晶晶粒尺寸d及其與粗晶晶粒尺寸D的關(guān)系。分析結(jié)果顯示:當(dāng)納晶晶粒尺寸d固定不變時(shí),納晶雙峰材料的斷裂韌性會(huì)隨著粗晶晶粒尺寸D的增大而增大,而且這種變化是很明顯的;當(dāng)粗晶晶粒尺寸D固定不變時(shí),納晶雙峰材料的斷裂韌性也隨著納晶晶粒尺寸d的增大而增大,但增大的不明顯。根據(jù)斷裂韌性和兩種晶粒尺寸之間的關(guān)系可知:納晶雙峰材料比相應(yīng)納晶材料具有更高的斷裂韌性。
[Abstract]:The nanocrystalline material has higher yield strength and better wear resistance than the traditional coarse crystalline material, but its fracture toughness is very low, which limits the application of nanocrystalline material, in order to overcome the defect of low fracture toughness of nanocrystalline material, Many methods have been proposed to solve the low fracture toughness of nanocrystalline materials. One of the most effective methods is the preparation of bimodal structure in which nanocrystalline particles provide high strength while coarse grains increase the fracture toughness of the materials. When the strength loss of nanocrystalline materials is relatively small, the toughness of nanocrystalline materials is greatly improved. This kind of nanocrystalline material with bimodal structure is called nanocrystalline bimodal material. In order to explain the mechanism that nanocrystalline bimodal material has higher fracture toughness than the corresponding nanocrystalline material, On the basis of fully understanding the deformation mechanism of nanocrystalline bimodal materials, a dislocation cohesion model is established, the purpose of which is to study the fracture toughness of nanocrystalline bimodal materials K BB IC BBB.The model only considers one special case. That is, the crack tip is located between nanocrystalline grains and intersects with coarse crystals. The length of cohesive zone is assumed to be nanocrystalline size d. The crack passivation and propagation are controlled by cohesive force and dislocation. The dislocation emits from the crack tip to the grain boundary opposite to the coarse grain and accumulates, and the emission process of the dislocation produces shielding effect on the crack. This study not only has important scientific value, but also provides a theoretical basis for the design of nanocrystalline materials with both high strength and high fracture toughness. It promotes the development of mechanical theory and the engineering application of nanocrystalline materials. The main research contents and conclusions are summarized as follows: 1) in the dislocation cohesion model of nanocrystalline bimodal materials, The maximum number of dislocations emitted from the crack tip N increases with the increase of coarse grain size D, However, the maximum number of emission dislocations N is relatively small, the rate of change is gradually decreasing, and the rate of change is decreasing because with the increase of coarse grain size D, the distance of dislocation emission from the crack tip also increases. The driving force applied on the dislocation becomes smaller and smaller, and the dislocation is stopped when it reaches the coarse grain boundary, making the sliding of the later emitted dislocation more and more difficult in the model. In this paper, the relationship between fracture toughness at crack tip of nanocrystalline bimodal material and the size d of nanocrystalline grain and the size of coarse grain D is analyzed. The results show that when the size of nanocrystalline grain d is fixed, The fracture toughness of nanocrystalline bimodal material increases with the increase of coarse grain size D, and this change is obvious. The fracture toughness of nanocrystalline bimodal material also increases with the increase of nanocrystalline size d. According to the relationship between fracture toughness and two grain sizes, the nanocrystalline bimodal material has higher fracture toughness than the corresponding nanocrystalline material.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB34

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本文編號(hào)：1504226