第一作者：Ian Dowding

通讯作者：Christopher A. Schuh

通讯单位：麻省理工学院、西北大学

Christopher A. Schuh 美国西北大学

Christopher A. Schuh，男，冶金学家，麻省理工学院材料科学与工程系的系主任及冶金教授，美国工程院院士。1997年获得俄班那香槟城伊利诺大学材料科学与工程学士学位，2001年获得西北大学材料科学与工程博士学位，发表了300多篇论文和数十项专利。

Schuh教授与他人共同创立了Xtalic、Desktop Metal和Veloxint等多家冶金公司，其中，成立于2015年的3D打印系统技术公司Desktop Metal在2019年的估值为15亿美元，被誉为美国历史上增长最快的“独角兽”。

论文速览

传统上，材料的强度会随着温度的升高而降低，因为温度有助于缺陷（例如位错）在晶体格点中的运动，从而绕过障碍物。传统的微机械强度测量很难获得发生转变的区域。

本研究探讨了材料在极端应变率条件下的强度变化，在超过104 s-1的高应变率下，更多的变形机制可能变得活跃，导致强度显著增加。通过位错拖曳控制的塑性导致强度增加，与传统的热活化软化行为相反。

通过微球撞击测试，在超过106 s-1的应变率下，展示了铜（Cu）在温度升高157 °C时强度增加了约30%，这一效应也在纯钛（Ti）和金（Au）中观察到。这一反常的热强化现象是由于控制变形机制从热激活强化转变为位错的弹道传输，位错通过与声子的相互作用产生阻力。

图文导读

图1：冲击轨迹和撞击坑。

图2：Cu的动态强度和硬度。

图3：每种增强机制的贡献。

图4：塑性表观活化能。

总结展望

本研究的亮点在于揭示了在极端应变率条件下，纯金属（Cu、Ti和Au）表现出与常规条件下相反的热强化行为。实验数据显示，在超过106 s-1的应变率下，Cu的强度随着温度的升高而增加了约30%，该现象在纯Ti和Au中也得到了观察。

研究结果对于理解和预测材料在高速制造操作、超音速运输等极端条件下的性能具有重要意义。此外，本研究还为设计和工程新材料提供了新的视角，提示了不能简单地将传统条件下的材料强度测量结果外推到极端条件下，因为这样做可能会导致对材料强度的错误预期，甚至是错误的方向。

文献信息

标题：Metals strengthen with increasing temperature at extreme strain rates

期刊：Nature