【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】共格納米析出是金屬材料強韌化的主要手段之一，盡管經(jīng)典的析出強化模型能夠計算室溫和準靜態(tài)條件下最強析出相尺寸，但由于其沒有考慮應(yīng)變率和溫度效應(yīng)，無法指導(dǎo)寬溫度和寬應(yīng)變率范圍內(nèi)的材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計，限制了納米析出金屬在極端條件下的應(yīng)用。針對該挑戰(zhàn)，力學(xué)研究所團隊提出了一種考慮應(yīng)變率和溫度效應(yīng)的析出強化新理論模型，拓展了長期以來對于納米析出強化的傳統(tǒng)理解，為研發(fā)極端環(huán)境下的高力學(xué)性能金屬材料提供了新思路。該工作以“Strain-rate and temperature dependent optimum precipitation sizes for strengthening in medium-entropy alloys”為題發(fā)表在《International Journal of Plasticity》期刊上。
 

　　針對共格納米析出金屬，析出相的尺寸和體積分數(shù)決定了材料的強度、塑性、韌性和加工硬化能力。位錯與析出相的交互作用機制與析出相的尺寸密切相關(guān)，通常小尺寸時以位錯切過機制主導(dǎo)，而大尺寸時以位錯繞過機制主導(dǎo)，因此存在一個中間關(guān)鍵尺寸能夠獲得最高強度。本項研究基于位錯與障礙物交互作用的熱激活理論，提出了一種考慮應(yīng)變率和溫度效應(yīng)的析出強化新理論模型，利用該模型能夠計算出不同應(yīng)變率和不同溫度條件下的最強析出相尺寸，并且推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)最強析出相尺寸與應(yīng)變率和溫度相關(guān)，應(yīng)變率越高或者環(huán)境溫度越低，最強析出相尺寸越大。研究團隊在FeCoNi86Al7Ti7中熵合金中通過控制時效時間和溫度，制備出了具有同等體積分數(shù)和不同析出相尺寸的多種樣品，并通過不同應(yīng)變率和溫度條件下的試驗獲取了強度與析出相尺寸的關(guān)聯(lián)規(guī)律，實驗結(jié)果證實了該理論模型，同時利用文獻中的其它材料不同溫度下的實驗數(shù)據(jù)驗證了該理論模型的普適性(圖1)。
 

　　此項工作第一作者為超常環(huán)境非線性力學(xué)全國重點實驗室博士研究生袁紫怡，陳岑副研究員和袁福平研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和中國科學(xué)院先導(dǎo)專項等資助。
 

圖1：考慮應(yīng)變率和溫度效應(yīng)的析出強化新理論模型及實驗驗證