纳米孪晶材料的多尺度变形机理

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纳晶材料具有许多优越于常规粗晶材料的特性,尤其是高强度等,它的力学性能主要是受到微结构的影响,但是大部分的纳晶材料的塑性很低,在很大程度上影响纳晶材料的应用。与传统的纳晶材料不同的是,孪晶不仅可以细化晶粒,提高材料的强度,而且还可以显著提高材料的塑性,对材料的其他物理性能也能产生很大的影响。在纳米晶体材料孪晶变形的过程中,影响其变形过程的因素有很多,比如层错能、温度、应变率。一般情况下,层错能越低,越容易形成孪晶,另外在低温与高应变率的条件,也会促进孪晶变形。为了从理论上去验证温度、应变率与孪晶变形的相关性,本文建立了关于Cu70-Zn30孪晶变形的理论模型:(1)材料的流动应力分为短程应力与长程应力,根据障碍作用范围的长短分别建立对应的本构方程;(2)孪晶变形的过程中,考虑孪晶的强化作用;(3)对模型进行模拟计算,分析模型的合理性,并进一步对其反映的力学性能进行分析。通过研究可以得出以下结论:(1)低温能促进孪晶变形,温度越低,孪晶变形越容易发生,孪晶片层的厚度与孪晶间距的值越小;(2)高应变率也能促进孪晶的生长,应变率越高,孪晶形核与生长的时间越短,孪晶片层越薄,所表现出来的宏观现象是材料的流动应力越大。(3)温度与应变率都能影响孪晶变形,从理论上分析得出,孪晶变形对于温度的变化要显得更加敏感一些。
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