湖南大学

简介

姓名：方铁辉

职位：副研究员

办公地点：材料科学与工程学院院办公楼214室

联系方式：thfang@hnu.edu.cn，137-5507-8105

教育背景

2002.09至2006.07，大连理工大学，材料成型及控制工程专业，获学士学位;

2006.09至2014.07，中国科学院金属研究所，材料学专业，获博士学位。

工作履历

2014.08至今，湖南大学材料科学与工程学院，金属成型及控制工程专业，副研究员。

研究领域

梯度纳米金属材料的可控制备、性能测试及变形机理研究

具体研究内容：

梯度纳米结构材料的多方法制备

梯度纳米结构中纳米晶的变形机制

梯度纳米结构与力学性能的本构关系

反向梯度纳米结构的制备及性能

研究概况

纳米金属材料(即晶粒尺寸在纳米尺度的多晶金属)是一种典型的高强材料，其强度比普通金属高一个量级，但其几乎没有拉伸塑性。如何提高纳米金属的塑性和韧性成为近年来国际材料领域中的一项重大科学难题。我们发现，梯度纳米(GNG)金属铜既具有极高的屈服强度又具有很高的拉伸塑性变形能力。这种兼备高强度和高拉伸塑性的优异综合性能为发展高性能工程结构材料开辟了一条全新的道路。

梯度纳米结构是指晶粒尺寸在空间上呈梯度分布。研究组利用表面机械碾磨处理(SMGT)在纯铜棒材表面成功制备出梯度纳米结构，自表及里晶粒尺寸由十几纳米梯度增大至微米尺度，棒材芯部为粗晶结构(晶粒尺寸为几十微米)，这种梯度纳米结构的厚度可达数百微米。梯度纳米结构层具有很高的拉伸屈服强度，最外表层50µm厚梯度纳米结构的屈服强度高达660MPa(是粗晶铜的10倍)，室温拉伸实验表明，具有梯度纳米结构的表层在拉伸真应变高达100%时仍保持完整未出现裂纹。这种优异的塑性变形能力源于梯度纳米结构独特的变形机制，微观结构研究表明，梯度纳米结构在拉伸过程中其主导变形机制为机械驱动的晶界迁移，从而导致伴随的晶粒长大。这种变形机制与位错运动、孪生、晶界滑移或蠕变等传统的材料变形机制截然不同。该研究成果发表在美国《科学》周刊(2011年2月17日在线(Science online): http://www.sciencemag.org/content/early/2011/02/16/science.1200177.

图：A是纳米梯度/粗晶样品拉伸断裂后纵截面观察;B是图A中位置B处(真应变24%)的扫描电镜照片。C与D分别是图A中位置C(真应变54%)和D处(真应变127%)的EBSD图像。B-D显示的是纳米晶粒经不同拉伸应变后发生的晶粒长大。

学术成果

发表文章列表：

1.Fang TH, Li WL, Tao NR, Lu K. Revealing extraordinary intrinsic tensile plasticity in gradient nano-grained copper. Science 2011, 331:1587

2. Fang TH, Tao NR, Lu K. Tension-induced softening and hardening in gradient nanograined surface layer in copper. Scripta Materialia 2014, 77:17

奖励与荣誉

获得奖励：

1，揭示梯度纳米晶铜本征塑性变形机制，获科技部2011年中国十大科技进展

2，师昌旭奖学金一等奖，2011年