現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)應(yīng)用的需要對金屬結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)韌化提出了更高的要求,而傳統(tǒng)的材料強(qiáng)化方式在提高材料強(qiáng)度的同時往往會導(dǎo)致其塑性的降低,強(qiáng)度與塑性通常是呈倒置關(guān)系的。層狀構(gòu)型設(shè)計能兼具各組元相的優(yōu)異性能,達(dá)到強(qiáng)度和塑性的良好匹配,表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。為了研究層厚結(jié)構(gòu)參數(shù)對金屬層狀復(fù)合材料力學(xué)性能及變形行為的影響,本文利用真空熱壓、軋制等方法制備了不同層厚體系的Cu-Nb層狀復(fù)合材料,利用光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDS）等分析測試手段對該材料進(jìn)行了微觀組織表征,通過室溫拉伸試驗(yàn)進(jìn)行力學(xué)性能測試,分析層厚對層狀復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,利用白光勞厄微衍射技術(shù)分析與表征變形過程中層狀結(jié)構(gòu)參數(shù)對材料內(nèi)部位錯分布的影響,分析材料微區(qū)變形的機(jī)理,探究層狀構(gòu)型實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料強(qiáng)韌化的原因。本課題采用真空熱壓和熱壓、軋制復(fù)合的兩種不同的工藝制備了兩組等層厚比、不同層厚的Cu-Nb層狀復(fù)合材料。真空熱壓工藝制備的材料體系分別為A100、A80、A50、A30四個體系。各體系界面較平直,沒有明顯的界面縫隙或裂紋,Cu、Nb之間獲得了良好的結(jié)合,界面處形成了厚度為2μm左... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

多層鋼復(fù)合材料強(qiáng)度-塑性關(guān)系示意圖[19]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-6-可以更有效地限制裂紋的擴(kuò)展。層狀復(fù)合材料中組元層材料本身的力學(xué)特性對材料的力學(xué)性能有很重要的影響，只有通過合理恰當(dāng)?shù)慕M元層設(shè)計才能夠獲得我們所需要的力學(xué)性能。圖1-2冷軋Cu、Cu/Al、Cu/CuLMCs均勻延伸率和強(qiáng)度散點(diǎn)圖[30]1.3.2界面特性在對層狀結(jié)構(gòu)材料的塑性變形的研究中，發(fā)現(xiàn)界面在層狀材料的變形過程中產(chǎn)生了協(xié)調(diào)作用，能夠調(diào)控和再分配應(yīng)力，改變材料變形過程中的應(yīng)變分配，從而改變材料的整體力學(xué)性能。Lhuissie等人[19]對馬氏體/奧氏體多層鋼拉伸變形過程中局域應(yīng)變的分布和演化過程進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，層狀結(jié)構(gòu)的限制作用使得脆性的馬氏體相可以承擔(dān)20%的拉伸應(yīng)變且未發(fā)生斷裂。同時，界面產(chǎn)生的限制效應(yīng)，可以有效地阻礙裂紋的橫向擴(kuò)展，增加裂紋擴(kuò)展所需的能量，從而提高材料的斷裂韌性以及疲勞性能。Gao等[31]通過建立微觀斷裂力學(xué)模型，指出層狀材料的高斷裂韌性來源于其高的裂紋容忍能力，并發(fā)現(xiàn)界面在層狀材料變形過程中可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的再分配，緩解局部應(yīng)力集中，從而降低了裂紋形核幾率以及裂紋擴(kuò)展驅(qū)動力。Beyerlein等[32]利用物理氣相沉積得到的納米多層材料的典型界面{111}Cu//{110}Nb，滿足K-S取向關(guān)系，ARB的界面則多數(shù)為{112}fcc//{112}bcc與<110>fcc//<111>bcc。Zheng等[33]經(jīng)高分辨透射電子顯微學(xué)研究也發(fā)現(xiàn)，利用大塑性變形可以使絕大多數(shù)Cu-Nb界面形成了具有確定取向關(guān)系的、原子級規(guī)則有序的半共格界面。Cu-Nb界面取向關(guān)系呈現(xiàn)為{112}Cu//{112}Nb，<111>Cu//<110>Nb，滿足K-S取向關(guān)系。并基于Cu-Nb的研究，總結(jié)出了軋制多層材料中穩(wěn)定界面出現(xiàn)的規(guī)律如下：（1）界面兩側(cè)晶體的取向?qū)?yīng)各自塊體多

旖緱嬖詒湫喂?程中對應(yīng)力、應(yīng)變的協(xié)調(diào)作用，從而影響層狀材料的綜合力學(xué)性能。目前已有的研究結(jié)果表明，引入強(qiáng)界面可以有效提高界面?zhèn)鬟f載荷的能力，從而增加組元層材料之間的變形協(xié)調(diào)性，提升材料塑性。與此相反，有目的性地在層狀材料中引入弱界面，誘導(dǎo)材料沿界面脫粘從而延長裂紋擴(kuò)展路徑，實(shí)現(xiàn)增韌的目的。1.3.3層厚結(jié)構(gòu)參數(shù)層狀結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，如層厚和層厚比，是優(yōu)化層狀材料力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。Du等[35]利用熱壓-軋制的制備工藝制備了一系列不同層厚比結(jié)構(gòu)參數(shù)的Ti/Al層狀復(fù)合材料，對其進(jìn)行力學(xué)性能測試，如圖1-3所示，發(fā)現(xiàn)Ti/Al層狀復(fù)合材料的強(qiáng)度基本符合混合定律的預(yù)測，但其斷裂延伸率超過了其中任一組元，當(dāng)保持Ti層厚度相同，Ti/Al層狀復(fù)合材料的斷裂延伸率隨著Al層厚度的減小有先增大后減小的規(guī)律，存在一個極大值使得材料獲得最優(yōu)力學(xué)性能。圖1-3熱軋的Ti和Al及LMC的拉伸工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線[35]Huang[36]等研究發(fā)現(xiàn)，如圖1-4所示，在等層厚比層狀Ti/Al復(fù)合材料中，隨著單層層厚的增加，屈服強(qiáng)度呈微弱增幅，但其斷裂延伸率呈先減小后增大趨勢。在不同層厚比的層狀Ti/Al復(fù)合材料中，隨著Al層厚度減小，屈服強(qiáng)度呈增加趨勢，斷裂延伸率先增大后減小趨勢。Zhang等制備了一系列不同厚度比的Au/Cu，Cr/Cu復(fù)合材料，基于位錯強(qiáng)化和剪切變形理論，提出了各種界面強(qiáng)化模型，揭示了層厚比與力學(xué)性能的相關(guān)性[23]。


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