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3.1.2拉伸件处理 21

3.1.3标记点制作 22

3.1.4拉伸实验 23

3.2结果与讨论 25

3.2.1硬度 25

3.2.2拉伸曲线 26

3.2.3应变分布比较 27

3.2.4演化机制讨论 29

3.2.5展望 33

结论 35

致谢 36

参考文献 37

1绪论

近十几年，纳米材料进入了人们的视野。随着尺寸下降到纳米尺度，各种材料都出现了诸如小尺寸效应、量子效应等奇妙的现象。这掀起了人类认识、掌握乃至利用这些现象规律的热潮。在结构材料方面，随着晶粒小至纳米尺度，金属多晶材料将具有超高硬度。然而超高硬度却以牺牲材料拉伸塑性作为代价，限制了纳米晶（Nanograin，下称NG）的广泛应用。传统加工硬化机制在NG内难以存在，根据霍尔佩奇关系，晶粒尺寸越小，位错滑移越难发生[1]以存储塑性形变。而晶界滑移和扩散蠕变在室温下又不足以完全协调NG的变形，所以NG常常刚屈服就发生断裂（断裂延伸率仅百分之几）。这种高强度低拉伸塑性的特点似乎成为NG材料的固有标签[2]。但是，这种脆性并非NG的本征属性，事实上在其他大变形（如轧制、压制等）下，还是能观察到NG大的塑性变形。研究表明，对NG拉伸塑性形变暗中掣肘的便是NG加工硬化机制的缺失，使拉伸时形变难以协调[3]。

关于如何协调纳米晶塑性形变，Xiang等[4]提出将NG固定在可延展性薄膜基底上，并证明这样能有效抑制应变局域化。这种将硬和软结合在一起的思想衍生出了多种减弱NG/超细晶（Ultra-fineGrain，下称UFG）结构应变局域化的模型。Wu等[5]提出一种异质薄层模型（HeterogeneousLamella，下称HL），利用不对称轧制和再结晶将粗晶（CoarseGrain，下称CG）嵌入UFG基体中，由此获得同时具有CG延展性和UFG高强度的HL结构。Lu等[2]通过表面机械研磨处理（SurfaceMechanicalGrindingTreatment，下称SMGT）在CG拉伸件上制备梯度纳米结构（GradientNano-grain，下称GNG），进一步消除了因材料不同而带来的NG与基底间的弹性失配，使NG应变集中进一步被抑制，大大增强了NG的拉伸延展性(~60%)。

以上三种结构的核心思想均为——梯度结构，这并非是人类的专利，在生物界中，如贝壳和竹子的组织中都存在着梯度[5]，这两者的力学性能均极为优异。梯度概念影响着许多建筑设计、材料加工的理念，GNG结构正是一个鲜活的例子，人们发现GNG材料中存在着超强的加工硬化[6]。它在简单地将两种软、硬材料结合的基础上更进一步，消除了界面弹性失配对NG延展性的负面效应，同时NG和CG基底之间的梯度层也有效地协调了NG塑性形变，抑制了应变局域化，使NG本征塑性得以展现。

GNG结构可通过多种技术获得，除以上提到的SMGT法[7]，还包括表面机械摩擦处理（SurfaceMechanicalAttritionTreatment，下称SMAT法）、表面纳米晶化（SurfaceNanorystallization，下称SNC法）、超音速喷丸法（UltrasonicShotPeening，下称USP法）[8]等。这些技术大都通过对材料表面进行大塑性变形，使位错剧烈增殖，形成位错胞，最终达到细化。沿样品厚度方向向内，变形程度逐渐减小。晶粒尺寸逐渐增大（但晶粒内可能出现位错塞积、缠结等），而越靠近表面，晶粒尺寸逐渐减至NG尺度，由此构成GNG结构。 (责任编辑：qin)