Acta Materialia：超细晶粒Al-0.3%Cu合金强化机制和Hall-Petch应力

【引言】

多晶金属或合金的流变应力和晶粒尺寸符合Hall-Petch关系。但当晶粒尺寸达到微米或者亚微米级别时，Hall-Petch关系式中的k（ε）不再是一个常数，此时的强化机制不再是晶界强化，该强化机制为可动位错密度的降低或位错源强度的提高。目前，关于该机制研究相对较少。

【成果简介】

近日，重庆大学的黄天林副教授和吴桂林教授（共同通讯作者）在Acta Materialia发表最新研究成果“Strengthening Mechanisms and Hall-Petch Stress of ultrafine grained Al-0.3%Cu”。在该文中，研究了Al-0.3%Cu合金的晶粒尺寸达到微米或亚微米级别时其性能的变化，并分析了其强化机制和对流变应力的影响。

【图文导读】

图1 冷轧98%的Al-0.3%Cu合金

（a）纵截面TEM图

（b）TEM显微组织示意图

（c）随机位错界面的晶界角分布

（d）几何必需界面的晶界角分布

图2 冷轧98%的Al-0.3%Cu合金的三维原子探针图

（a）原子探针重构：蓝色是铝原子，红色是铜原子

（b）原子探针重构：从垂直于纸面的晶粒边界看到的铜原子

（c）沿图（b）中短划线的Cu浓度

图3 在不同温度下退火1小时得到的试样的EBSD图

（a）100°C

（b）175°C

（c）200°C

（d）225°C

图4 退火温度对随机位错界面间距和几何必需界面间距的影响

图5 Al-0.3%Cu合金的应力-应变曲线

图6 退火温度对不同强化机制贡献度的影响

图7 晶界强化贡献的强度和晶界尺寸的关系曲线

图8 Al-0.3%Cu合金不同应变量下的Hall-Petch关系

【小结】

主要结论如下：

在纯铝中添加0.3%的铜就能使变形结构的晶粒尺寸减小并稳定到亚微米尺寸。变形和退火试样的拉伸实验表明试样力学性能稳定，没有屈服点现象、也没有Lüders伸长，随着退火温度的增加应变硬化和均匀伸长率均增加2-3%。力学性能和结构稳定性使得结构参数能够量化，并能计算固溶强化和位错强化。因此，计算亚微米多晶结构的晶界强化贡献度成为可能。

晶界强化和等效晶界尺寸的平方根成反比，得到的Hall-Petch斜率和粗晶铝合金的斜率一致。因此，将Hall-Petch关系从微米级扩展到亚微米级。

文献链接：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)

本文由材料人编辑部金属组 杨树 供稿，材料牛编辑整理。

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