许多的合金体系，例如铝合金、钢、高熵合金、钛合金，都会出现PLC (Portevin-Le Chatelier)效应。由于PLC效应通常在应力应变曲线上表现为锯齿形的流动特征，因此它的出现会对材料的流动应力产生影响。当材料中出现析出相时，PLC效应会发生较为明显的变化，而此时材料的流动应力行为将变得更加复杂。并且，基于析出相与位错的作用机制的不同，析出相还分为可剪切析出相和不可剪切析出相。对于析出强化型的合金体系而言，PLC效应对材料流动应力的影响至今尚不清晰。研究析出相对PLC效应及对应的流动应力的影响，对于探索利用析出相抑制、甚至消除材料的PLC效应具有重要的科学研究意义。
上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室的陈哲教授团队与钟圣怡教授团队通过理论与实验相结合的方式，以AlMgScZr合金体系为模型合金，系统研究了三种情况下PLC效应对材料流动应力的影响：(1)无析出相；(2)含有可剪切析出相；(3)含有不可剪切析出相。并且，研究人员在传统的理论模型基础上通过考虑不同析出相的影响，发展了能定量预测析出强化型合金PLC效应对材料流动应力影响的理论模型。在本研究中，钟圣怡教授团队提供的小角中子散射技术定量表征了纳米析出相的尺寸和体积分数，为相关模型理论的发展提供了关键技术支持。
本文研究结果表明对于AlMg合金（无析出相），PLC效应导致的强化在材料的总流动应力中占比可达14.5%，这表明对于含有PLC效应的合金体系，在研究材料的流动应力时需要考虑PLC效应的影响。当可剪切析出相和不可剪切析出相引入时，这一比例下降至4.5%和9.5%，表明析出相的引入可以弱化PLC效应对材料流动应力的影响。同时，由于可剪切析出相能明显缩短材料出现PLC效应的应变速率范围，因此在材料设计时有望通过引入可剪切析出相来抑制材料的PLC效应。
此研究以“Quantitative
assessment of the influence of the Portevin-Le Chatelier effect on the flow
stress in precipitation hardening AlMgScZr alloys”为题发表于金属材料领域顶级期刊《Acta Materialia》上，论文第一作者为上海交通大学材料科学与工程学院的陈汉博士。在开展此研究的过程中，嵇刚研究员、Yves Brechet教授以及闫冠云研究员都给予了实验支持和关键性讨论。此研究获得了国家重点研发计划(2021YFA1600900)、国家自然科学基金(No. 51971137)和中国博士后科学基金(2022M722046)的支持。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645423003919
图1 利用TEM和小角中子散射技术定量表征AlMgScZr合金中的Al3(Sc,
Zr)纳米析出相
图2 AlMg合金不同应变速率条件下的流动应力（实验与理论模拟结果对比）
图3 AlMgScZr合金（含可剪切纳米析出相）不同应变速率条件下的流动应力（实验与理论模拟结果对比）
图4 AlMgScZr合金（含不可剪切纳米析出相）不同应变速率条件下的流动应力（实验与理论模拟结果对比）
图5 PLC效应引起的强化在总流动应力中所占的比例：(a) AlMg；(b)含有可剪切纳米析出相的AlMgScZr；(c)含有不可剪切纳米析出相的AlMgScZr；(d)三种合金材料的对比
团队近年来在该领域已经系统开展了一系列的研究工作。团队系统研究过可剪切与不可剪切纳米析出相对材料流动应力和加工硬化行为的影响，并基于此阐述了析出相影响材料塑性的物理本质，相关研究发表在国际力学顶刊《International Journal of Plasticity》(139 (2021) 102971)；系统研究过可剪切与不可剪切纳米析出相对材料PLC效应的影响，并发展了相关理模型，相关研究发表在《International Journal of Plasticity》(147 (2021) 103120)和《Materialia》(21 (2022): 101299)；初步研究了AlMg合金中PLC效应引起的强化在总流动应力中所占的比例，并发展了物理模型，相关研究发表在《Materialia》(18 (2021) 101137)。
*感谢论文作者团队对本文的大力支持。
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