合金元素的过渡系数名词解释（金属所ActaMaterialia基于硬化指数的金属强度与伸长率关系）

合金元素的过渡系数名词解释（金属所ActaMaterialia基于硬化指数的金属强度与伸长率关系）将目前的指数应力-应变关系与缩颈准则相结合，建立了YS-UTS、YS-UE和UTS-UE的定量关系，并通过对Cu及5组100多种组织态Cu-Al合金的系统实验结果进行了充分验证。可以看到，所有的方程都很好地描述了三个重要的拉伸性能之间的关系，这是第一部分中ESH模型对相关数据进行适当拟合的自然结果。图2 Cu-Al合金的实验数据(符号)与预测线(实线)的比较https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.117866图1 研究结构通过将不同应变硬化阶段的位错活动与ESH模型导出的Θ函数联系起来，给出了五个应变硬化阶段的统一解释，即Θ在不同阶段的不同值和变化趋势对应于不同的n值。

编辑推荐：作者之前建立了单相金属的指数应变硬化模型（ESH），并通过对Cu-Al合金的系统实验验证了该模型的有效性。本文首先将各阶段的特征与位错湮灭行为相关的参数n相关联，对五个应变硬化阶段的作出统一解释。其次，建立屈服强度、抗拉强度和均匀伸长率之间的定量关系，并利用Cu-Al合金的拉伸实验结果进行验证。第三，通过成分参数n和组织类型参数η定量揭示了强度和延伸同步提高一般原理。定量揭示了真实UTS-UE曲线的两种典型趋势和两种特征强度，并通过相关实验数据进行了验证。最后，提出了Cu-Al合金拉伸性能的预测模型和相应的程序，并通过Cu-Al合金拉伸实验结果进一步验证了该预测模型的正确性。

基于位错理论基础成功地解释了许多应变硬化行为，并引入了“五个应变硬化阶段”的概念，并揭示了其相应的机制。但仍然缺乏简单地描述五个应变硬化阶段的表达方法。其次，作为金属最基本的机械性能，拉伸性能通常表现为强度和延伸率。大量研究表明，强度（YS和UTS）和塑性（UE）之间存在反比关系，并且YS和UTS之间正相关。然而，这些关系尚未得到定量揭示。第三，同步提高强度和均匀伸长率（SISUE）是材料研究人员永恒的目标，某些研究为实现SISUE效应提供了有效的策略，但是，SISUE的基本原则仍然模棱两可。除了真正的抗拉强度外，还有另外两种不同类型的强度：临界强度和有限强度。这就引出了关于两种特征强度性质的问题，以及对于不同成分的合金是否有通用原则。最后，应变硬化研究的最终目标应该是定量预测，以建立微观结构，成分和拉伸性能等各种参数之间的关系。然而，缺乏基于指数应变硬化模型的UTS，UE和不同成分的拉伸应力-应变曲线和YS的预测。

中科院金属研究所研究员针对以上问题采用如图1所示的研究结构展开研究，相关论文以题为“Relationship between strength and uniform elongation of metals based on an exponential hardening law”发表在Acta Materialia。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.117866

图1 研究结构

通过将不同应变硬化阶段的位错活动与ESH模型导出的Θ函数联系起来，给出了五个应变硬化阶段的统一解释，即Θ在不同阶段的不同值和变化趋势对应于不同的n值。

图2 Cu-Al合金的实验数据(符号)与预测线(实线)的比较

将目前的指数应力-应变关系与缩颈准则相结合，建立了YS-UTS、YS-UE和UTS-UE的定量关系，并通过对Cu及5组100多种组织态Cu-Al合金的系统实验结果进行了充分验证。可以看到，所有的方程都很好地描述了三个重要的拉伸性能之间的关系，这是第一部分中ESH模型对相关数据进行适当拟合的自然结果。

图3引发SISUE微观结构类型调整证实

通过参考n和η两个重要参数，定量解读了SISUE效应（成分优化和微观结构调整）的两个基本原理，并得到了前期研究的充分验证。

图4具有正确“L”形的真实UTS-UE关系的典型实验数据

不同的强化机制产生的η值不同，在真实UTS下，不同金属的UTS-UE坐标下的UTS均出现右“L”和钝化“L”趋势。定量推导了Cu-Al合金的临界强度和极限强度，并用实验数据进行了验证。

图5Cu-Al两种合金的拉伸应力-应变曲线的预测

最后，利用该方法建立了任意YS、任意成分和任意强化工艺的拉伸性能和应力-应变曲线预测模型，并对现有成分和新成分的Cu-Al合金的预测结果进行了验证和展示。预测的应力-应变曲线与均匀塑性段的一致性非常好，能正确反映实验拉伸应力-应变曲线。

总而言之，文章对金属拉伸行为中的几种常见现象进行了详细的定量分析，包括: (1)对五个应变硬化阶段的简要解释; (2)建立抗拉强度与均匀伸长率之间的关系。(3)强度与均匀伸长率同步提高的定量指标(SISUE); (4)几种特征强度的指示; (5)几种典型金属的拉伸性能预测。这些应用进一步支持了ESH模型的有效性和重要性。（文：晓太阳）

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