纳米结构铝硅合金中位错源强韧化机制研究

晶粒细化是对金属材料进行强韧化处理的最有效方法之一，然而目前的纳米结构材料面临塑性严重下降的问题，探寻在不降低材料强度的情况下提高其塑性的新途径，具有重要的理论和实际意义。本项目以"纳米结构材料中位错源密度控制其力学行为"这一新理论为基础，在超高纯铝材料中通过引入弥散的第二相颗粒来改变位错源密度。通过对材料进行系统的力学性能测试，以及利用高分辨EBSD、TEM和原位TEM变形的方法，对材料的强度和塑性与晶粒尺寸的关系、第二相粒子及界面对材料力学行为的影响、形变过程中位错的产生和运动及其与第二相粒子和晶界之间的交互作用进行系统研究，以期阐明在纳米结构材料中位错源对材料强度和塑性的影响和机理，为建立纳米结构材料强韧化新理论提供直接实验依据，探索实现纳米材料高强度、高塑性的新途径。

晶粒细化是对金属材料进行强韧化处理的最有效方法之一，针对目前的纳米结构材料面临塑性严重下降的问题，本项目拟通过在超高纯铝材料中通过引入弥散的第二相颗粒来改变位错源密度的方法，探寻在不降低材料强度的情况下提高其塑性的新途径。项目要完成了以下工作：.1.具有弥散分布纳米第二相的不同晶粒尺寸纳米结构材料的制备工艺研究.采用工业冷轧方式，将在99.9996%铝基体中加入1%硅所得的超高纯铝硅合金板材轧制到真应变5以上，得到了晶粒尺寸约200nm的纳米结构，利用高分辨扫描电镜背散射电子像和透射电子显微镜对材料内硅第二相的分布进行分析，并优化变形工艺，得到分布均匀的弥散相；对冷轧后的材料进行不同温度和不同时间的退火处理，利用扫描电镜和透射电镜对材料的微观组织演变进行分析，获得晶粒尺寸、位错密度、第二相大小不同的微观组织，得到了纳米结构Al-1%Si材料的热稳定性及纳米第二相的演变规律。.2. 力学性能测试与强韧化机理研究.对不同热处理工艺制备的不同微观组织的材料进行了拉伸性能测试，研究材料的强度、塑性与微观组织参数之间的定量关系。利用TEM衍射技术对拉伸前后的样品进行分析，对材料中的位错结构进行了细致分析，研究了第二相对位错结构演变的影响。还进行了材料的应变速率敏感性测试和加工硬化率分析，揭示了纳米第二相的加入对纳米晶材料内部位错储存能力的提高，导致材料加工硬化能力提高从而实现强韧化的机理。.项目在实施期间圆满完成了预定任务，丰富了纳米结构材料的微观变形理论，提出了一条实现高强高韧纳米结构材料的有效途径。