中南大學(xué)教授喻海良科研團(tuán)隊(duì)通過深冷軋制和低溫短時(shí)退火工藝，成功制備出兼具高強(qiáng)度和高延展性的純鎳薄板，為純金屬材料作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用提供了參考。
喻海良（最右）指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)開展軋制實(shí)驗(yàn)。受訪者 供圖
傳統(tǒng)上，提高金屬材料強(qiáng)度往往會(huì)犧牲其延展性，二者難以兼得。喻海良科研團(tuán)隊(duì)針對鎳在不同的深冷軋制壓下率及隨后的低溫短時(shí)退火過程中的微觀組織和力學(xué)性能進(jìn)行深入研究。研究人員以2毫米厚的完全退火N4純鎳板材為原料，在四輥軋機(jī)上進(jìn)行深冷軋制，通過控制不同壓下率（20%、40%、60%、80%）獲得不同應(yīng)變的試樣，隨后在623K溫度下進(jìn)行5分鐘的短時(shí)退火處理。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，深冷軋制小應(yīng)變退火后的純鎳，屈服強(qiáng)度達(dá)607兆帕，均勻伸長率為11.7%；深冷軋制大應(yīng)變退火后，屈服強(qiáng)度高達(dá)990兆帕，均勻伸長率仍有6.4%。這意味著，該工藝使純鎳在強(qiáng)度大幅提升的同時(shí)，保持了良好的延展性。
據(jù)介紹，研究人員利用多種微觀結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，深入探究了性能提升的內(nèi)在機(jī)制。高強(qiáng)度得益于深冷軋制過程中的應(yīng)變硬化，晶粒細(xì)化和位錯(cuò)壁形成也起到明顯強(qiáng)化作用。而高延展性則歸因于拉伸過程中退火孿晶和微剪切帶的出現(xiàn)，它們提高了材料的應(yīng)變硬化能力。隨著深冷軋制壓下率增加，孿晶寬度逐漸減小，低溫短時(shí)退火形成的位錯(cuò)壁和亞晶界促進(jìn)了微剪切帶的形成，進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的延展性。
上述成果最近先后發(fā)表在中國工程院院刊Engineering和International Journal of Plasticity上。
研究得到了湖南省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新引領(lǐng)計(jì)劃、中南大學(xué)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)計(jì)劃和中南大學(xué)高性能復(fù)雜制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究基金的資助。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.01.019
https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2025.104241
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