共格纳米析出是金属材料强韧化的主要手段之一，尽管经典的析出强化模型能够计算室温和准静态条件下最强析出相尺寸，但由于其没有考虑应变率和温度效应，无法指导宽温度和宽应变率范围内的材料微结构设计，限制了纳米析出金属在极端条件下的应用。针对该挑战，力学研究所团队提出了一种考虑应变率和温度效应的析出强化新理论模型，拓展了长期以来对于纳米析出强化的传统理解，为研发极端环境下的高力学性能金属材料提供了新思路。该工作以“Strain-rate and temperature dependent optimum precipitation sizes for strengthening in medium-entropy alloys”为题发表在《International Journal of Plasticity》期刊上。

针对共格纳米析出金属，析出相的尺寸和体积分数决定了材料的强度、塑性、韧性和加工硬化能力。位错与析出相的交互作用机制与析出相的尺寸密切相关，通常小尺寸时以位错切过机制主导，而大尺寸时以位错绕过机制主导，因此存在一个中间关键尺寸能够获得最高强度。本项研究基于位错与障碍物交互作用的热激活理论，提出了一种考虑应变率和温度效应的析出强化新理论模型，利用该模型能够计算出不同应变率和不同温度条件下的最强析出相尺寸，并且推导发现最强析出相尺寸与应变率和温度相关，应变率越高或者环境温度越低，最强析出相尺寸越大。研究团队在FeCoNi₈₆Al₇Ti₇中熵合金中通过控制时效时间和温度，制备出了具有同等体积分数和不同析出相尺寸的多种样品，并通过不同应变率和温度条件下的试验获取了强度与析出相尺寸的关联规律，实验结果证实了该理论模型，同时利用文献中的其它材料不同温度下的实验数据验证了该理论模型的普适性(图1)。

此项工作第一作者为超常环境非线性力学全国重点实验室博士研究生袁紫怡，陈岑副研究员和袁福平研究员为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学院先导专项等资助。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2025.104268

图1：考虑应变率和温度效应的析出强化新理论模型及实验验证