針對梯度結構, 科研人員設計了一套新的動態剪切試驗手段, 首次揭示了梯度納米結構的動態剪切變形機理: 由於各層之間在動態變形過程中發生應變分配, 產生了額外的加工硬化, 能夠延遲剪切帶在納米晶表層的萌生, 以及限制剪切帶從表面到芯部的擴展 (其傳播速度相比均質結構低一個數量級) , 梯度納米結構金屬能夠獲得比均質結構優越的動態剪切性能, 同時發現廣為人知的剪切帶萌生的最大應力準則在梯度結構中不再適用.
通過冷軋和低溫短時退火, 科研人員在低層錯能金屬中熵合金中獲得多尺度晶粒結構, 研究發現多尺度晶粒之間的變形協調和應變分配能夠促進加工硬化, 動態變形過程中發生了晶粒細化, 能夠延緩剪切帶的萌生, 促進動態剪切塑性, 獲得了迄今為止報道的最優越的動態剪切性能. 同時發現, 低溫條件下, 能夠促進多級孿晶, 相變, 位錯鎖等晶內缺陷的萌生和交互作用, 提升加工硬化能力, 導致更優越的動態性能 . 該研究為提高金屬材料在衝擊條件下的吸能效率和防護效果提供思路, 同時可為高強高韌金屬在極端環境下的應用 (如汽車工業的吸能結構, 軍事上的防護結構等)提供幫助.
相關研究成果發表在Materials Research Letters和Acta Materialia上. 該研究得到了國家自然科學基金委, 國家重點研發計劃納米專項, 中科院戰略性先導科技專項 (B類) 的資助.
圖1.梯度納米結構的動態剪切變形機理
圖2.多尺度晶粒結構中熵合金的優越動態性能和動態變形的微結構機理