2  试验材料及方法 9

2。1  试验材料 9

2。2  试验设备 9

2。3  试验方法 9

2。3。1 等径角挤压法制备所需样品 9

2。3。2 线切割切制拉伸试样与紧凑拉伸试样 10

2。3。3 试样喷斑 11

2。3。4 测量超细晶铜拉伸样的应力应变曲线 11

2。3。5 测量紧凑拉伸试样的弹性模量 11

2。3。6 紧凑拉伸样预制疲劳裂纹 12

2。3。7 测量紧凑拉伸试样的断裂韧性 12

2。3。8 对紧凑拉伸样和拉伸样断口观察、分析 13

3  试验结果及分析 14

3。1 拉伸样的应力应变曲线 14

3。2  紧凑拉伸试样的弹性模量的确定 14

3。3  紧凑拉伸试样的断裂韧性 15

3。4  对紧凑拉伸样和拉伸样断口观察、分析 16

3。4。1 紧凑拉伸样的断口分析 16

第 II  页 本科毕业设计说明书

3。4。2 拉伸样的断口分析 17

3。4。3 裂纹扩展断口分析 20

结 论 21

致 谢 22

参 考 文 献 23

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1  引言

1。1 研究背景

在过去十年中由大塑性变形法合成的超细晶和纳米晶材料的力学性能和物理性能受到人们 的关注。纳米晶材料拥有公认的良好的力学性能。纳米晶材料与粗晶材料相比具有超高屈服 强度和断裂强度，较低的延伸率及韧性，优越的耐磨性。这些吸引人的特点使其具有工程应 用的潜在价值。晶粒尺寸为几十到几百个纳米的金属材料的加工，结构和性质一直是研究热 点。在纳米晶材料中力学性能（强度、塑性）和显微结构的关系研究的比较详细。例如，从 微晶到纳米晶范围内，屈服应力随晶粒尺寸变化的函数如图 1。1 所示。在许多平均晶粒尺寸 为 100nm 或大于 100nm 的微晶和超细晶金属材料中，屈服应力与晶粒尺寸符合霍尔佩奇关系 [1–3]，随着晶粒尺寸的减小屈服应力提高。屈服应力在晶粒尺寸达到 10nm 左右时达到最大值。 进一步细化晶粒将导致材料的屈服强度降低。

然而目前超细晶材料和纳米晶材料断裂韧性和断裂行为的研究不够充分。所以很有必要 去解决断裂韧性。断裂韧性是一个很重要的性质，确定着超细晶和纳米晶半成品的可成形性 和可加工性。纳米材料缺乏系统断裂行为研究的主要原因在于断裂力学实验中大多数过程没 有提供试验标准需要的足够的样品体积或尺寸来确保计算出尺寸无关的数值。为了应用线弹 性断裂力学最小尺寸主要取决于材料的强度和韧性，需要它们来计算尺寸无关的断裂性质。 另一方面由于塑性占主要部分，断裂行为的弹塑性描述需要更少的限制，但是通常在技术上 计算很困难。例如，想在缩小的试样上计算准确的加载线位移是很困难的。