中文摘要：

本立项采用循环压缩塑变诱导纳米结构方法，对三种典型金属晶体点阵，体心（BCC）、面心（FCC）、密集六方（HCP）及不同原始组织对纳米结构的形成、纳米结构组态变异规律及控制参量进行研究。通过拉伸试验，系统测量所研制的金属纳米结构材料强度、塑性、韧性等基本力学性能，确定其变化规律及机制，并对力学特性作出全面的评价，为金属纳米结构材料工业制备，开发新一代纳米金属结构材料探索新途径，为大幅度提升现有金属结构材料力学性能、使其高性能化提供理论依据。

结论摘要：

高、低层错能材料循环压缩变形，如果能忍受足够大变形量而不碎裂，均可获得纳米结构。船体钢塑性变形首先形成大量的位错胞，继续变形则高密度的位错胞壁逐步向纳米结构演变，形成环形的纳米晶粒串结构，纳米晶尺寸接近胞壁厚度。这种演变首先在两个位错胞之间的胞壁上开始，位错胞节点及其附近区域纳米晶演变比较迟后。对低层错能材料则多一道孪生对晶粒的预分割，提出了两类材料纳米晶形成机制模型。基于位错胞壁区域位错能若超过形成晶粒所需的晶界能，位错胞壁将演变为纳米晶的热力学分析，得到了位错密度与纳米晶尺寸对应关系。计算表明在高密度位错区直接形成非晶比较困难，而材料内表面裂纹处则容易形成非晶，并为高分辨电镜观察所证实。马氏体相变与大变形都能导致超固溶，但前者碳原子固溶在晶格的c轴上使晶胞体积随碳含量增加而增大，而大变形诱导的超固溶测得体心立方点阵参数不但不增大反而减小，碳原子只能进入位错核心及其周围而不是嵌入到晶格点阵中，提出了位错增殖导致超固溶机制。同一种材料，塑变诱导纳米结构可使磨损速率降低，提高耐磨性3-8倍。循环压缩加载下的最大变形量受材料剪切强度及正断强度的制约，断口形貌单元均大于纳米晶尺度。