【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變率和溫度效應，無法指導寬溫度和寬應變率范圍內(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用。針對該挑戰(zhàn)，力學研究所團隊提出了一種考慮應變率和溫度效應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，而大尺寸時以位錯繞過機制主導，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，提出了一種考慮應變率和溫度效應的析出強化新理論模型，利用該模型能夠計算出不同應變率和不同溫度條件下的最強析出相尺寸，并且推導發(fā)現(xiàn)最強析出相尺寸與應變率和溫度相關(guān)，應變率越高或者環(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基金、國家重點研發(fā)計劃和中國科學院先導專項等資助。
圖1：考慮應變率和溫度效應的析出強化新理論模型及實驗驗證
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