高强金属丝材的力学行为与变形机理

陈金玺1,2, 徐彬1, 戴兰宏1, 陈艳1,2 （1.中国科学院力学研究所, 非线性力学国家重点实验室;2.中国科学院大学工程科学学院）

摘要：金属丝材作为一类独特的结构及功能材料, 具有悠久的发展历史, 并在诸多领域发挥着不可替代的作用. 目前, 人们已经发展了多种成熟的丝材加工工艺, 并制备出多种高强韧金属丝材. 其中, 传统珠光体钢丝保持着金属丝材最高抗拉强度的世界纪录, 而新型高熵合金丝材成功克服了传统丝材强度与塑性之间的矛盾关系和低温脆性的问题, 显示出在复杂服役环境下的巨大应用潜力. 由于金属丝材各异的微观结构和物理化学特性, 其表现出各自独特的力学行为和复杂迥异的强塑性变形机理. 多晶合金丝材的高强度主要源于界面强化和位错强化等多种强化机制的共同作用, 其塑性变形涉及位错运动和变形孪生等多种复杂的塑性变形机理; 非晶合金丝材的高强度源于其本征的原子无序结构, 其塑性变形则主要与流动缺陷的激活与聚集有关. 为了进一步实现金属丝材强韧化, 研究者提出了微观组织细化和不均匀结构设计等有效途径. 随着金属丝直径的减小, 变形尺寸效应显现, 考虑尺寸效应的应变梯度塑性理论相继发展并有效应用于金属丝材力学行为描述. 本文对金属丝材的发展历史、制备工艺和典型高强金属丝材的力学行为、强塑性变形机理以及本构模型进行了回顾与综述, 并对未来研究值得关注的方向提出了几点展望.

关键词：金属丝材, 制备工艺, 力学行为, 塑性变形机理, 本构模型