ECAP变形道次对复合材料显微硬度的影响分析

图5.10所示为挤压态和采用模角为90°的模具在230℃时分别进行ECAP变形不同道次后1.0wt％MWCNTs复合材料的显微硬度变化曲线。

图5.10 ECAP变形道次对1.0wt％ MWCNTs复合材料显微硬度的影响

由图5.10可知，与挤压态相比，经ECAP变形后的复合材料显微硬度值得到显著提高。1.0wt％ MWCNTs复合材料经过ECAP变形1道次后的显微硬度值为115.2HV，比ECAP变形前提高了27.86％。随着ECAP变形道次的增加，复合材料的显微硬度不断得到提高，但增加不是很明显，ECAP变形4道次后，复合材料显微硬度值达到123.6HV。

由晶粒细化对加工硬化指数η的公式（5-1）可知，当平均晶粒直径D小到一定值时，加工硬化指数就不再增加。

式中，a、b为常数；D为平均晶粒直径。(www.xing528.com)

加工硬化与材料储存能成正比，而材料储存能随变形量的增加而增加，但其增加速率逐渐减慢，有趋于饱和的趋势。在第一道次的ECAP变形过程中，由于材料晶粒尺寸较大，ECAP变形的主要机制是晶内的位错运动，材料内部位错不断增殖，位错密度、空位密度明显升高，形成大量的胞状结构以及亚晶界、孪晶界等，使材料继续塑性变形的抗力增加，出现加工硬化^[132，133]，复合材料显微硬度显著提高。

此外，根据Baily-Hirsch材料硬度关系式

式中，H₀为变形前的材料硬度值；α为比例常数；G为切变模量；b为柏氏矢量；ρ为位错密度。

复合材料经ECAP变形1道次后，显微硬度将明显上升。但随着ECAP变形道次的增加，变形的机制逐渐从晶内位错运动转变为细小的晶界滑移，这必然导致位错密度ρ增加变慢，其结果必然是晶粒细化变慢，硬度上升平缓。