拉伸性能與疲勞性能是金屬材料工程應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)，建立二者之間定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)金屬材料不同力學(xué)性能之間關(guān)系的定量預(yù)測(cè)是金屬結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域重要研究目標(biāo)之一。由于目前相關(guān)理論不夠完善，基于微觀變形與損傷機(jī)制的拉伸性能與疲勞性能定量預(yù)測(cè)模型并未建立起來(lái)。因此，雖有大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明金屬材料拉伸強(qiáng)度與塑性之間存在明確的倒置關(guān)系，拉伸強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度之間存在特定的關(guān)系，但至今仍缺乏定量模型來(lái)描述上述定量關(guān)系。因此，建立金屬材料拉伸性能與疲勞性能定量預(yù)測(cè)具有重要科學(xué)意義。
　　金屬研究所張哲峰團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期堅(jiān)持材料疲勞與斷裂基礎(chǔ)理論研究，團(tuán)隊(duì)成員張振軍項(xiàng)目研究員前期在缺陷與金屬材料加工硬化關(guān)系方面進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，包括四類典型缺陷：1）零維缺陷：發(fā)現(xiàn)過(guò)飽和空位可提升合金的加工硬化能力；2）一維缺陷：在位錯(cuò)主導(dǎo)塑性形變的合金中實(shí)現(xiàn)了加工硬化能力回升；3）二維缺陷：在FeMnCAl系TWIP鋼中實(shí)現(xiàn)隨孿晶密度增加應(yīng)變速率敏感性由負(fù)到正的轉(zhuǎn)變；4）三維缺陷：在TWIP鋼等強(qiáng)加工硬化材料中建立了微孔致頸縮判據(jù)。
　　近來(lái)，在加工硬化微觀機(jī)制研究基礎(chǔ)上，張振軍項(xiàng)目研究員提出了新的位錯(cuò)湮滅模型，并通過(guò)考慮初始組織狀態(tài)與合金成分對(duì)加工硬化的影響，建立了單相金屬材料普適性硬化模型-指數(shù)硬化（ESH：Exponential Strain-Hardening）模型。
　　金屬材料拉伸與疲勞性能預(yù)測(cè)研究取得新進(jìn)展
　　其中硬化指數(shù)n為位錯(cuò)湮滅距離(ye)的表達(dá)式（金屬材料拉伸與疲勞性能預(yù)測(cè)研究取得新進(jìn)展），反映合金成分的影響；η為初始缺陷對(duì)屈服強(qiáng)度(金屬材料拉伸與疲勞性能預(yù)測(cè)研究取得新進(jìn)展)非位錯(cuò)性貢獻(xiàn)的比例，反映微觀組織的影響；金屬材料拉伸與疲勞性能預(yù)測(cè)研究取得新進(jìn)展為第二階段硬化率，對(duì)同一金屬合金體系為常數(shù)。該ESH模型得到了6種合金成分、100余種不同微觀組織狀態(tài)單相銅鋁合金的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　該ESH模型闡明了單相金屬材料形變過(guò)程中一些重要規(guī)律：1）用一個(gè)參數(shù)(n)統(tǒng)一了五階段加工硬化規(guī)律；2）揭示了*限強(qiáng)度、臨界強(qiáng)度、真抗拉強(qiáng)度與成分及變形機(jī)制之間關(guān)系；3）首次推導(dǎo)出"屈服強(qiáng)度-抗拉強(qiáng)度-均勻延伸率"之間定量關(guān)系（公式(2-4)，圖2a-2c）；4）定量揭示了拉伸強(qiáng)度-塑性同步提升的兩個(gè)基本原則，即成分優(yōu)化（提升位錯(cuò)滑移平面性）與組織優(yōu)化（降低初始高能缺陷），在銅合金、鎳基合金、TWIP鋼、高氮鋼、316L不銹鋼等單相合金中均得到了系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；5）實(shí)現(xiàn)了單相銅鋁合金拉伸強(qiáng)度、塑性及拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的定量預(yù)測(cè)。
　　基于該ESH模型，博士生曲展在張振軍項(xiàng)目研究員的指導(dǎo)下，進(jìn)一步揭示了三類變形鋁合金（2xxx、6xxx、7xxx）拉伸強(qiáng)度和塑性隨時(shí)效時(shí)間變化的共性轉(zhuǎn)變規(guī)律與機(jī)制，建立了三類鋁合金加工硬化指數(shù)與時(shí)效過(guò)程中析出相性質(zhì)及幾何特征之間的定量關(guān)系，提出了變形鋁合金時(shí)效過(guò)程對(duì)加工硬化能力提升的析出相控制原理（J Mater Sci Technol; 122 (2022) 54-67）。
　　為了建立金屬結(jié)構(gòu)材料拉伸性能與疲勞性能之間定量關(guān)系，該團(tuán)隊(duì)成員劉睿博士在對(duì)銅鋁單相合金拉伸性能與高周疲勞強(qiáng)度系統(tǒng)性研究的基礎(chǔ)上，從疲勞損傷過(guò)程彈性變形與應(yīng)變局部化兩方面入手，通過(guò)引入合金成分、微觀組織與宏觀缺陷參數(shù)，建立了金屬結(jié)構(gòu)材料高周疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型。