金属所首次在非晶合金中发现“加工硬化”现象

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众所周知，非晶合金的变形依靠剪切变形及剪切带来进行，但是由于变形过程中的形变软化，非晶合金的变形高度局限于极少量的剪切带内，从而表现为宏观脆性。由于缺乏晶体材料中的位错及晶界等强化机制，形变软化一直被视为非晶合金的本质变形特征，也极大地影响了其应用前景。

　　非晶合金中, 如果剪切变形和剪切带的产生被抑制，其又将表现出怎样的变形行为呢？是否也有加工硬化现象？最近，中科院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室非平衡金属材料研究部李毅研究员领导的研究小组通过在非晶合金变形过程中引入三维拉应力状态而抑制剪切变形的发生，首次在非晶合金中发现“加工硬化”现象，并揭示了此条件下非晶合金的变形机理，为非晶合金的变形行为提供了新的理论依据。该成果已发表在近期出版的《物理评论快报》（Physical Review Letters 111 (2013) 135504）上，并被选为该期Highlight。

　　非晶合金的变形过程是剪切导致自由体积产生和扩散导致自由体积湮灭两种机制竞争的过程。而传统的单轴拉伸过程中自由体积产生速率远大于湮灭速率，从而出现自由体积在剪切带内的聚集而表现为形变软化。但李毅小组研究发现，如果在变形过程中引入三维拉应力状态，剪切应力急剧降低，从而限制剪切带的产生和快速扩展。在这种条件下非晶产生均匀变形，同时自由体积产生速率减小，扩散速率增加，从而出现自由体积湮灭占主导位置的变形过程。从而使非晶合金的变形机制从传统的“形变软化”转变为“加工硬化”。由于没有了剪切带产生，非晶的弹性极限被打破，非晶具有更高的断裂强度（约2.9 GPa，相对于单轴拉伸强度提高80%）和前所未有的优良塑性变形能力及断裂韧性。通过对变形后样品的显微硬度及弛豫焓的分析，也进一步确认了变形过程中的“加工硬化”现象与自由体积湮灭的关系。

　　这项工作不仅揭示了非晶合金全新的变形行为，填补了其在“加工硬化”变形行为研究方面的空白，更完善了非晶合金的变形理论。这项工作也使许多非晶变形机制面临重新认识和分析，比如断裂、疲劳以及断裂韧性。同时也为非晶合金结构设计及应用提供了崭新的思路。