Zr的晶粒細化和力學性能.pdf

1、納米結構材料具有獨特的微觀結構和優(yōu)異的力學性能。劇烈塑性變形技術可使金屬材料的晶粒細化至納米尺度，獲得無污染、無缺陷及體致密的理想納米材料。利用表面機械研磨處理(SMAT)技術可實現(xiàn)材料表面納米化以提高整體性能。密排六方結構(HCP)金屬是獲得廣泛應用的工程結構材料，利用SMAT技術將HCP金屬納米化，并研究其晶粒細化機制與力學性能具有理論與實際意義。 本工作以密排六方結構金屬Zr為研究對象，利用SMAT技術獲得表層納米/超細晶

2、粒組織，利用X射線衍射分析及金相顯微鏡、掃描和透射電子顯微鏡，研究了微觀組織結構特征，提出了Zr的塑性變形機制和應變誘導的晶粒細化機制，并通過拉伸和硬度實驗，獲得表面納米化Zr的力學響應特性。主要研究結果如下： (1)SMAT過程中，Zr晶粒隨應變增加而細化，在最表層獲得納米晶粒。塑性變形過程中，隨應變增加(距表層距離減小)，應變協(xié)調方式由變形孿生轉變?yōu)槲诲e滑移。低應變時的非連續(xù)動態(tài)再結晶和大應變時的連續(xù)動態(tài)再結晶導致晶粒細化。

3、 (2)在表層～25 μm的范圍內，形成納米晶粒的FeCr金屬間化合物，平均晶粒尺寸為25±10 nm。在SMAT過程中，大應變使Fe和Cr原子快速擴散進入細化的Zr晶粒，發(fā)生了“原位”合金化，導致FeCr金屬間化合物形成。金屬間化合物層的納米硬度可達10.2 GPa。 (3)細化的表層可提高整體材料的屈服強度和抗拉強度，但使加工硬化能力及拉伸伸長率下降。應變速率在10～～10-3 s-1范圍時，拉伸強度隨應變速率的提高