纳秒脉宽激光能诱导GPa级应力和10~6-10~7/s级应变率,本文借助纳秒脉宽激光诱导的高应变率应力,结合透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和x衍射(XRD)等手段,研究奥氏体不锈钢激光诱导晶粒超细化和材料亚结构变化的特征及机理。 对比研究了不同激光加载模式和参数对激光诱导晶粒超细化的影响,结果表明,激光诱导峰值压力大小和应力分布是能否实现材料理想超细晶层的关键。采用黑色涂料为吸收层、激光诱导峰压约2倍于靶材动态屈服强度和单次激光加载技术,在2Cr17Mn15Ni2N不锈钢表面形成平均晶粒尺寸0.5μm的平整、均匀、无烧蚀痕迹的晶粒细化层。分析认为,在激光诱导的高应变率和高于靶材动态屈服强度的应力加载下,形变局域化区域发生热塑失稳,在垂直于激光诱导分切应力方向形成长条状亚晶,为了滞留应变,长条亚晶发生缩颈和碎化,并发生动态旋转再结晶,致使晶粒超细化。 重点研究了激光诱导高应变率加载奥氏体不锈钢中形成的形变孪晶、显微带、滑移带和位错等显微亚结构组织特征。结果表明,激光诱导的峰压不到2Cr17Mn15Ni2N和304L不锈钢靶材孪生应力的1/3和1/2时即有形变孪晶形成;两种奥氏体不锈钢中出现不同的显微带和位错形貌特征;高应变率加载下奥氏体不锈钢位错滑移形变符合面心立方金属晶体学关系;没有发现形变诱发马氏体相。分析认为,高应变率加载孪生应力不仅要考虑层错能和应力加载方式等因素,还应考虑应变率因素,形变孪晶的形成只需不全位错微区运动,对实验材料,孪生应力随应变率增加而降低;层错能是决定显微带和位错组态的主要因素,高层错能材料更易于位错和显微带的形成发展;极短形变时间可能是抑制马氏体形核、长大以及造成位错在滑移面内的滞留导致滑移面衍衬呈暗黑色的原因。