细观力学模拟双峰晶粒分布铜的异构形变诱导效应
1 东北大学 材料科学与工程学院 沈阳 110819
2 辽宁材料实验室 材料智能技术研究所 沈阳 110167
3 沈阳化工大学 战略材料与关键构件研究院 沈阳 110142
收稿日期: 2024-09-03
修回日期: 2024-10-14
网络出版日期: 2024-12-12
基金资助
国家重点研发计划
MICROMECHANICS MODELLING ON HETEROSTRUCTURE DEFORMATION-INDUCED EFFECT IN BIMODAL STRUCTURE COPPER
1 School of Materials Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China
2 Institute of Materials Intelligent Technology, Liaoning Academy of Materials, Shenyang 110167, China
3 Institute for Strategic Materials and Components, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142, China
Received date: 2024-09-03
Revised date: 2024-10-14
Online published: 2024-12-12
Supported by
National Key Research and Development Program of China
双峰异质结构金属因其独特的异质变形诱导强化和应变硬化(HDI)效应,可具有强塑兼备的力学性能;然而HDI微观机制如何发挥作用尚不清晰。本工作基于Mori-Tanaka平均场方法,以双峰异构金属Cu为例(细晶230 nm和粗晶3 μm),构建了细观力学模型的框架,其中双峰结构由微米粗晶作为粒子相、纳米细晶作为基体相的异构基元构成;结合塑性应变梯度和位错密度演化理论,将塑性变形过程中产生的HDI效应以软域硬化、硬域软化和应力再协调3个阶段引入各相的本构关系中,定量地评估HDI效应对双峰结构材料整体力学行为的影响。通过对比实验结果,认为硬域中的前应力效应归因于前应力促使硬域内缠结位错的解缠而导致的软化及促使硬域内剪切带形成而导致的硬化的共同作用。通过与双峰结构Cu的实验拉伸应力-应变曲线比较,验证了模型的有效性。研究结果表明,当硬域完全包裹软域时,前应力效应对双峰结构Cu的综合力学性能起主要作用;随着软域体积分数的增加,双峰结构Cu整体强度增加而拉伸塑性下降;当软域体积分数为25~30%时,存在强塑匹配最佳值:其抗拉强度为417~420 MPa、延伸率28.2%~29.8%,相较于均质细晶铜,强度减低7%、拉伸塑性提升10倍;较均质粗晶铜,强度高出近1倍、拉伸塑性降低约50%。
李少杰 , 金剑锋 , 田艳中 , 潘虎成 , 王明涛 , 秦高梧 . 细观力学模拟双峰晶粒分布铜的异构形变诱导效应[J]. 金属学报, 0 : 0 -0 . DOI: 10.11900/0412.1961.2024.00311
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