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金屬材料低溫應(yīng)變硬化研究取得重要進(jìn)展

文章來源：科技日報更新時間：2023-09-25 15:20:29

記者9月21日從中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心獲悉，該中心盧磊研究員團(tuán)隊在金屬材料低溫應(yīng)變硬化研究方面取得重要進(jìn)展。這是該團(tuán)隊繼2018年發(fā)現(xiàn)梯度納米孿晶金屬的額外強化與加工硬化、2021年發(fā)現(xiàn)梯度位錯結(jié)構(gòu)的高強塑性之后，發(fā)現(xiàn)梯度序構(gòu)位錯結(jié)構(gòu)可激活原子尺度多滑移層錯實現(xiàn)晶體低溫超高應(yīng)變硬化。相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表于《科學(xué)》。

　　據(jù)悉，該發(fā)現(xiàn)不僅發(fā)展了晶體材料的應(yīng)變硬化理論，還為研發(fā)高性能金屬材料及其極端環(huán)境應(yīng)用提供了新機(jī)遇與挑戰(zhàn)。此前，相關(guān)研究普遍認(rèn)為，粗晶中位錯存儲空間大而具有最強的應(yīng)變硬化能力，諸多強化策略可有效提升材料強度，但不可避免會降低位錯存儲密度，從而顯著降低其加工硬化，低溫變形亦是如此。追蹤溯源，應(yīng)變硬化能力的降低是造成結(jié)構(gòu)材料強度與塑性、韌性等性能倒置的根本原因。

　　研究人員介紹，基于位錯理論的晶體材料應(yīng)變硬化被視為現(xiàn)代凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域里最重要且棘手的科學(xué)問題之一。其重要性源于提高應(yīng)變硬化可同時提高材料強度和塑性，但因為應(yīng)變硬化涉及宏量應(yīng)變載體（位錯）的增殖、交互作用、湮滅、重排等極其復(fù)雜的動態(tài)演變過程，且存儲位錯的飽和密度依賴于微觀結(jié)構(gòu)。

　　據(jù)介紹，具有空間梯度序構(gòu)位錯胞結(jié)構(gòu)的合金在低溫拉伸變形時不僅具有優(yōu)異的強度和塑性，而且表現(xiàn)出超高的應(yīng)變硬化能力，其應(yīng)變硬化率甚至超過粗晶，顛覆了粗晶結(jié)構(gòu)具有最高加工硬化能力的固有認(rèn)識。

　　盧磊研究員說，這種低溫超高應(yīng)變硬化源于多滑移原子尺度層錯束萌生主導(dǎo)的動態(tài)結(jié)構(gòu)細(xì)化，這種細(xì)化形成的亞十納米層錯疇既能顯著阻礙位錯運動，又能高效存儲更高密度的位錯。在空間梯度序構(gòu)、位錯胞本征結(jié)構(gòu)以及低溫環(huán)境協(xié)同下，激發(fā)了超高密度二維平面層錯疇主導(dǎo)的應(yīng)變硬化，這完全不同于位錯、孿生及相變等傳統(tǒng)應(yīng)變硬化機(jī)制，從而使金屬材料在低溫下實現(xiàn)應(yīng)變硬化。

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