Flow Stress in Submicron BCC Iron Single Crystals: Sample-size-dependent Strain-rate Sensitivity and Rate-dependent Size Strengthening
自铁器时代始，体心立方金属及其合金被广泛作为结构材料使用，除了其具有较高的强度，较大的应变速率敏感指数（m）也是优点之一，m值越大，随着应变速率的增大，强度的升高越明显，从而可以在一定程度上抑制拉伸颈缩，达到较高的延伸率。随着近十年来人们对微纳尺度材料力学性能尺度效应的研究的深入，人们逐渐认识到伴随着“越小越强”的趋势，材料的变形机制或者位错的演化行为会随着尺度的减小而发生改变，那么相应的一些材料力学性能指标，比如应变速率敏感性，也应当随之改变。而对于体心立方金属应变速率敏感性的尺度效应的研究对开发和应用微结构材料非常关键，也是当前材料科学领域非常关注的一个问题。
近期，西安交通大学材料学院微纳尺度研究中心（CAMP-Nano）继对体心立方金属Mo的 “机械退火”现象和流变应力的尺寸依赖性（Nature communication，2011）的研究，选取了另外一种体心立方金属Fe作为模型材料，在扫描电镜下，对其应变速率敏感性的尺度效应进行了原位、系统、定量的研究。结果表明，随着单晶Fe柱直径的减小，其应变速率敏感性指数降低，当直径从1mm减小至200nm时，m可降低一个数量级（从0.0628降至0.0055）。并且，我们发现，尺寸效应强化指数也呈现明显的应变速率敏感性。结合对变形后的铁柱内的位错结构的观察，我们推测当前所观察到的小尺寸Fe单晶的应变速率敏感性反常的消失来源于主导塑性变形的位错行为的改变，并揭示了高应力正是引起此位错行为差异的本质原因。在小体积的晶体中（单晶或小晶粒内），塑性变形由位错弓出（bowout）机制主导，超过了晶格摩擦阻力的影响，降低了刄位错和螺位错的运动速度差异的贡献。由于体心立方金属的变行机制比较复杂，人们对其位错行为的认知还不清晰，该工作对小体积的体心立方金属的位错行为及其对力学性能的影响的揭示具有重大的意义。
该文章于2015年1月08号在线发表于国际材料界知名期刊《Materials Research Letters》，于近期收录于该杂志第三卷第三期（Volume 3, Issue 3, 2015）。作者依次为黄瑞硕士、李庆杰硕士、王章洁博士、黄玲博士和单智伟教授。此项研究工作得到了国家自然科学基金、国家973计划项目的资助。
文章链接为：http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21663831.2014.999953#abstract
