根據(jù)Hall-Petch公式可推測(cè)具有均質(zhì)結(jié)構(gòu)金屬材料的力學(xué)性能[1, 2] 納米材料[3, 4]的強(qiáng)度和硬度都非常高，但是很難生成極其細(xì)化的晶胞以存儲(chǔ)更多的位錯(cuò)，因此往往很早就失穩(wěn)進(jìn)入了頸縮階段 粗晶材料的均勻延伸性好，加工硬化能力強(qiáng)，但是其強(qiáng)度較低 近年來(lái)，朱運(yùn)田、盧柯等[5~10]提出了異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的概念，即在金屬材料中引入一個(gè)異質(zhì)區(qū)域以同時(shí)得到納米材料的高強(qiáng)度和粗晶材料的高延展性，從而實(shí)現(xiàn)金屬材料強(qiáng)度-塑性的良好匹配 異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，分為異質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)材料、梯度結(jié)構(gòu)材料、核殼結(jié)構(gòu)材料、雙相結(jié)構(gòu)材料以及多模態(tài)結(jié)構(gòu)材料[9] 在異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的塑性變形過(guò)程中，異質(zhì)區(qū)的變形是不均勻的 在軟質(zhì)區(qū)產(chǎn)生背應(yīng)力[11]，在硬質(zhì)區(qū)產(chǎn)生前應(yīng)力[12]，其共同作用產(chǎn)生異質(zhì)變形誘導(dǎo)強(qiáng)化，增強(qiáng)應(yīng)變硬化，有助于提高異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的全局屈服強(qiáng)度并保持延展性 異質(zhì)變形誘導(dǎo)應(yīng)力和應(yīng)變硬化的微觀機(jī)理研究尚處于前沿階段，梯度結(jié)構(gòu)層中界面影響區(qū)的形成和演變尚不十分清楚 科研人員以數(shù)字圖像相關(guān)法開展塑性變形過(guò)程的力學(xué)研究[13, 14]，為梯度結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)行為的解釋和變形機(jī)理的闡述提供了直觀的表征支持 本文研究Cu-4.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Al合金梯度結(jié)構(gòu)材料的加工硬化行為，探究室溫下準(zhǔn)靜態(tài)拉伸優(yōu)異的屈服強(qiáng)度-均勻延伸性組合的微觀機(jī)理，通過(guò)表征表面機(jī)械研磨處理(Surface mechanical attrition treatment，SMAT)后合金板的梯度層由表層到芯部形成的微觀組織的差異并結(jié)合異質(zhì)變形誘導(dǎo)強(qiáng)化等理論，系統(tǒng)說(shuō)明高強(qiáng)度、高塑性潛在的微觀塑性變形的力學(xué)行為，以較低的加工成本換取極佳的強(qiáng)塑性匹配，探索梯度結(jié)構(gòu)材料的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用方式 1 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)用銅鋁合金為純銅中固溶了4.5%的Al元素 將熱鍛和冷鍛成厚度為4 mm的銅鋁合金板放置在溫度為923 K的管式真空爐中退火2 h，制備出均質(zhì)結(jié)構(gòu)的粗晶銅鋁合金板 再將其在液氮下表面機(jī)械研磨[7] 2 min，制備出具有雙面梯度結(jié)構(gòu)的銅鋁合金板 使用型號(hào)為SHIMADZU Universal Tester的力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單軸拉伸測(cè)試，應(yīng)變速率為5×10-4 s-1 拉伸試樣標(biāo)距部分的尺寸為15 mm×5 mm×4 mm(圖1a)，用240#到2000#砂紙將打磨電火花線切割殘留痕跡的截面 數(shù)字圖像相關(guān)法(Digital image correl