金屬材料可實現“既強又韌”

　　近日，西安交通大學金屬材料強度全國重點實驗室教授馬恩在《科學進展》發表焦點文章。該文論證了金屬材料在強化的同時保持拉伸塑性、實現高強度與大塑性共存的可行性。

　　金屬材料的屈服強度和拉伸塑性對于工程應用都很重要。高強度可以滿足承載需求，且有助于大幅降低材料的使用量，從而節約能源和降低排放。大塑性可提高材料服役時的安全性，而其更重要的工程意義在于拉伸應力下的均勻變形能力常常是材料加工之必需。然而，屈服強度的大幅提升幾乎總是以犧牲拉伸塑性為代價。因此，同時獲得高強度與高塑性一直以來都是材料科學家追求的目標。

　　研究通過維持高應變硬化率，在提升屈服強度的同時保持均勻延伸率，從而突破了過去達到的上限。團隊的設計實踐，得益于近年來大量涌現的多主元復雜合金。這些新合金所拓展的成分空間（多種高濃度合金元素）得以把傳統的強化和應變硬化機制發揮到極致。

　　同時，復雜多樣且在納米尺度上非均勻的微觀組織（結構不均勻性與化學異質性），包括成分波動與化學有序，加之大量和不同種的析出相，帶來調控位錯演化的新機制。這些機制的疊加和綜合利用產生了簡單合金體系難以企及的效果。在迄今已知塊體合金所及的性能范圍內，屈服強度約2.3吉帕，均勻延伸率約30%。新開發的合金正在逼近同時“高強高塑”的目標，實現“魚和熊掌兼得”。

　　文中的觀點與論述，旨在為解決強度-塑性權衡難題提供新見解和新思路。最新的成功案例為金屬材料的發展提供了新的可能性和機會，但工程設計上還需要更多關注合金在多種復雜載荷條件下的行為，諸如疲勞、斷裂韌性、三向應力狀態下的加工性能等。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aeb7908