Acta Materialia：超細晶粒Al-0.3%Cu合金強化機制和Hall-Petch應力

【引言】

多晶金屬或合金的流變應力和晶粒尺寸符合Hall-Petch關系。但當晶粒尺寸達到微米或者亞微米級別時，Hall-Petch關系式中的k（ε）不再是一個常數，此時的強化機制不再是晶界強化，該強化機制為可動位錯密度的降低或位錯源強度的提高。目前，關于該機制研究相對較少。

【成果簡介】

近日，重慶大學的黃天林副教授和吳桂林教授（共同通訊作者）在Acta Materialia發表最新研究成果“Strengthening Mechanisms and Hall-Petch Stress of ultrafine grained Al-0.3%Cu”。在該文中，研究了Al-0.3%Cu合金的晶粒尺寸達到微米或亞微米級別時其性能的變化，并分析了其強化機制和對流變應力的影響。

【圖文導讀】

圖1 冷軋98%的Al-0.3%Cu合金

（a）縱截面TEM圖

（b）TEM顯微組織示意圖

（c）隨機位錯界面的晶界角分布

（d）幾何必需界面的晶界角分布

圖2 冷軋98%的Al-0.3%Cu合金的三維原子探針圖

（a）原子探針重構：藍色是鋁原子，紅色是銅原子

（b）原子探針重構：從垂直于紙面的晶粒邊界看到的銅原子

（c）沿圖（b）中短劃線的Cu濃度

圖3 在不同溫度下退火1小時得到的試樣的EBSD圖

（a）100°C

（b）175°C

（c）200°C

（d）225°C

圖4 退火溫度對隨機位錯界面間距和幾何必需界面間距的影響

圖5 Al-0.3%Cu合金的應力-應變曲線

圖6 退火溫度對不同強化機制貢獻度的影響

圖7 晶界強化貢獻的強度和晶界尺寸的關系曲線

圖8 Al-0.3%Cu合金不同應變量下的Hall-Petch關系

【小結】

主要結論如下：

在純鋁中添加0.3%的銅就能使變形結構的晶粒尺寸減小并穩定到亞微米尺寸。變形和退火試樣的拉伸實驗表明試樣力學性能穩定，沒有屈服點現象、也沒有Lüders伸長，隨著退火溫度的增加應變硬化和均勻伸長率均增加2-3%。力學性能和結構穩定性使得結構參數能夠量化，并能計算固溶強化和位錯強化。因此，計算亞微米多晶結構的晶界強化貢獻度成為可能。

晶界強化和等效晶界尺寸的平方根成反比，得到的Hall-Petch斜率和粗晶鋁合金的斜率一致。因此，將Hall-Petch關系從微米級擴展到亞微米級。

文獻鏈接：Strengthening Mechanisms and Hall-Petch Stress of ultrafine grained Al-0.3%Cu?(Acta Materialia, 2018, doi.org/10.1016/j.actamat.2018.07.006)

本文由材料人編輯部金屬組 楊樹 供稿，材料牛編輯整理。

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