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本文以改善纳米结构金属材料的综合力学性能出发,以商用IF钢作为模型材料,通过设计一种全新的工艺,结合退火工艺制备了一种特殊的二元晶粒尺寸分布且包含有很多界面的不均匀L2层状结构,这种结构展现出了优异的高强度以及高延伸率的结合。我们通过将形变态的IF钢以及退火态的IF钢薄板交替叠层,先在较低温度下采用热压工艺进行预焊合,随后采用室温锻压工艺将热压焊合的多层板坯锻压至目标尺寸,再结合不同时间不同温度下的退火工艺来调控微观组织。并利用光学显微镜,背散射电子衍射,透射电子显微镜等表征手段对界面的焊合情况以及微观组织的演变在进行了分析,用显微硬度计以及万能拉伸机对材料的力学性能做了测试。通过研究力学性能和微观结构间的关系,得出了以下结论:(1)采用热压焊合+锻压复合工艺以及随后的退火工艺,成功制备了很特别的L2结构(Layer+Lamellar),这种结构在较大的尺度的AR以及CR层(约100um)之间,组织是不均匀的,具体体现在层与层之间的界面两层晶粒尺寸,织构类型,小角度晶界比例等微观组织上存在很大差异;同时在单一的层里面,组织呈二元晶粒尺寸分布的层状结构(约10um)。(2)制备的CF态的细晶平均晶粒尺寸为116nm,粗晶平均晶粒尺寸为226nm,比其他SPD方法,比如ARB、ECAP/ECAE细化晶粒更为有效。(3)随着退火温度升高以及退火时间延长,AR层晶粒明显长大,小角度晶界逐渐消失,α织构逐渐转变成γ织构,到625℃退火1h后,小角度晶界基本完全消失,立方织构完全转变为丝织构。而CR层组织显得非常稳定,在不同温度以及不同时间的退火过程中,其织构类型基本没有发生转变,小角度晶界也不容易消失掉,晶粒尺寸也比较细小。(4)575℃退火3h时,AR层中亚晶比例要高于CR层,结果使得AR层中局部取向差要高于CR层。随着温度的升高,由于CR层组织很稳定,没有太大变化,而AR层发生再结晶使小角度晶界比例大幅降低,晶粒也明显长大。(5)L2结构大幅提升了材料的综合力学性能,这归因于AR层以及CR之间的界面以及层状结构,由于这种结构的组织不均匀性,导致了机械性能的不相容性,进而产生了应变梯度以及复杂的应力状态,结果促进了几何必需位错的产生以及储存来协调变形的不均匀性,进而提高了形变硬化能力。