共格納米析出是金屬材料強(qiáng)韌化的主要手段之一，盡管經(jīng)典的析出強(qiáng)化模型能夠計(jì)算室溫和準(zhǔn)靜態(tài)條件下最強(qiáng)析出相尺寸，但由于其沒(méi)有考慮應(yīng)變率和溫度效應(yīng)，無(wú)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(jì)，限制了納米析出金屬在極端條件下的應(yīng)用。針對(duì)該挑戰(zhàn)，力學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)提出了一種考慮應(yīng)變率和溫度效應(yīng)的析出強(qiáng)化新理論模型，拓展了長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)于納米析出強(qiáng)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(duì)共格納米析出金屬，析出相的尺寸和體積分?jǐn)?shù)決定了材料的強(qiáng)度、塑性、韌性和加工硬化能力。位錯(cuò)與析出相的交互作用機(jī)制與析出相的尺寸密切相關(guān)，通常小尺寸時(shí)以位錯(cuò)切過(guò)機(jī)制主導(dǎo)，而大尺寸時(shí)以位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制主導(dǎo)，因此存在一個(gè)中間關(guān)鍵尺寸能夠獲得最高強(qiáng)度。本項(xiàng)研究基于位錯(cuò)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(qiáng)化新理論模型，利用該模型能夠計(jì)算出不同應(yīng)變率和不同溫度條件下的最強(qiáng)析出相尺寸，并且推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)最強(qiáng)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(qiáng)析出相尺寸越大。研究團(tuán)隊(duì)在FeCoNi86Al7Ti7中熵合金中通過(guò)控制時(shí)效時(shí)間和溫度，制備出了具有同等體積分?jǐn)?shù)和不同析出相尺寸的多種樣品，并通過(guò)不同應(yīng)變率和溫度條件下的試驗(yàn)獲取了強(qiáng)度與析出相尺寸的關(guān)聯(lián)規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該理論模型，同時(shí)利用文獻(xiàn)中的其它材料不同溫度下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該理論模型的普適性(圖1)。
 

　　此項(xiàng)工作第一作者為超常環(huán)境非線性力學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)等資助。
 

圖1：考慮應(yīng)變率和溫度效應(yīng)的析出強(qiáng)化新理論模型及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證