导读：
近年来，太阳成集团tyc122cc贾楠教授课题组在金属层状复合材料的剪切带变形机制和形变微取向演化方面开展了系统的实验表征与数值模拟研究，主要成果发表在Acta Materialia (2013,61:4591-4606; 2014,76:238-251; 2016,111: 116-128)和Journal of Materials Science & Technology (2019, 35: 1165)等SCI期刊上。最近，该课题组在“累积叠轧制备亚微米尺度金属层状复合体的形变微结构演化和受剪切带调控的微观力学行为”方面又取得了新的研究进展，为借助微结构和织构调控来改善金属层状复合材料的力学性能以及对双相/复合材料共变形的研究提供了新的思路。相关结果以题为“Micromechanical behavior of multilayered Ti/Nb composites processed by accumulative roll bonding: An in-situ synchrotron X-ray diffraction investigation”发表在Acta Materialia上。
论文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645420309836
核心成果
金属结构材料在加工制备和随后服役的过程中常需承受大应变变形和循环载荷的作用，这对其抵抗形变损伤的能力提出了很高要求。通过调控微观组织结构提高金属材料的强度与塑性成为近年来材料领域关注的热点。对金属复合材料而言，异质界面在变形组织中起至关重要的作用，直接决定了复合体的宏观力学性能。
基于此，贾楠教授团队通过与瑞典林雪平大学、德国电子同步加速器研究所等单位合作，借助同步辐射原位高能X射线衍射技术对经累积叠轧（ARB）制备的Ti/Nb多层复合材料的微观应力与宏观力学性能的关联性进行了研究。通过分别对包含有平直界面和剪切带开动导致的弯曲界面的复合体在拉伸载荷下的微观结构演化（图1）、微观应变分布与演化（图2）的精细表征可知，随着ARB循环次数增加，复合材料的快速强化主要来源于Nb层中位错、晶界和异质界面的强化作用，{211}取向晶粒对材料整体的应变硬化起主要作用。同时，较软的Ti晶粒使得块体材料的应变硬化范围扩大，从而延缓了颈缩发生（图3、4）。此外，对全应力状态的计算揭示了在形变剪切带预先广泛存在于片层状结构的情形下，相邻金属之间显著的载荷传递与再分配导致各组元金属均承受三轴应力，从而促使位错沿着剪切方向滑移（图5）。这促进了各金属内部位错的增殖和运动，有利于在提升强度的同时使复合体维持良好的均匀塑性变形的能力。
上述结果阐明了异质界面的强约束作用对金属复合材料力学性能的影响，为进一步理解累积叠轧制备大块金属在形变中的载荷传递与分配以及材料的强韧化机理奠定了基础。
图1 经8道次叠轧Ti/Nb复合体在(a,b)拉伸变形前、(c)拉伸变形后的微观结构
图2 经3道次和8道次叠轧获得的Ti/Nb复合体的层状形貌，在随后拉伸变形中的晶格应变、组元金属的平均应力和组元间交互作用力的演化
图3 经不同道次叠轧复合体中各组元金属流变应力的来源。σ0: 晶格摩擦力, σs: 固溶强化, σg: 晶界强化, σd: 位错强化, σi: 异质界面强化, UTS: 抗拉强度
图4 经不同道次叠轧复合体的全局加工硬化
和各组元金属中不同取向晶面族晶格应变增长率
的演化
图5 异质界面对组元金属和不同取向晶粒微观力学行为影响的示意图
