金属材料强度-塑性及强度-电导率定量关系

张哲峰，侯嘉鹏，刘睿，李孝滔，张振军，张鹏(中国科学院金属研究所 沈阳材料科学国家研究中心)

摘要：金属材料强度-塑性、强度-电导率之间普遍存在相互制约关系。本文基于提出的独立位错空间模型，阐明了金属材料强度-塑性制约关系的本质，并受独立位错空间尺寸所控制，揭示了金属类型、合金成分、变形温度和应变速率是调控独立位错空间尺寸的关键因素，而微观组织或晶粒尺寸分布对其影响有限。这一发现解释了在固定金属类型、合金成分及变形参数条件下，仅通过优化微观组织或晶粒尺寸难以实现强度与塑性同步提升的根本原因。基于单相合金中位错塞积的晶粒尺寸依赖性，建立了拉伸强度-均匀延伸率权衡模型，并在多种金属材料体系中得到实验验证。针对金属导线，通过分析晶界、取向和纳米析出相对位错塞积和电子散射的差异化作用，提出了金属导线高强-高导三原则：细长晶粒、硬取向织构和纳米相调控。基于上述原则，构建了强度-电导率定量关系模型，阐释了金属导线强度与电导率呈现协同提升、相互制约等典型现象的内在机制。最终，依据高强-高导三原则设计制备出突破现有强度-电导率制约关系的高性能导线。建立的金属材料强度-塑性、强度-电导率定量关系模型，可以高效指导金属材料选材、成分设计及微观组织工艺控制，保证构件服役安全性。

关键词：金属材料，强度，塑性，电导率，位错，晶界，析出相