幾個世紀以來，人們普遍認為加熱金屬會使其變?nèi)酢＿@一原理是金屬加工的基礎，鐵匠們將鐵加熱到可塑性溫度進行鍛造。然而，最近發(fā)表在《自然》雜志上的一項突破性研究挑戰(zhàn)了這一傳統(tǒng)觀念。麻省理工學院的研究人員發(fā)現(xiàn)，在極端應變速率下，情況可能恰恰相反：金屬在加熱時實際上會變得更強。

要理解最近發(fā)現(xiàn)的重要性，首先需要了解應變率的概念。應變率是指材料在受力下變形的速度。它是決定金屬如何響應外力的關(guān)鍵因素。通常情況下，金屬在正常條件下隨著溫度的升高會表現(xiàn)出軟化行為。這是因為金屬晶格中的缺陷運動，即位錯，是熱激活的。較高的溫度促進了這些位錯的移動，使它們能夠繞過障礙物，從而軟化金屬。

然而，在極端條件下，例如在來自射彈或爆炸的高速沖擊中，應變速率會飆升。這種快速變形會壓倒熱激活過程并觸發(fā)一組新的強化機制。在這項研究中，研究人員采用了微彈道沖擊測試，對銅、鈦和金等金屬進行了測試，這些金屬的射彈速度極高。這些速度導致的應變速率超過10? s^-1，遠遠高于傳統(tǒng)測試方法所能達到的水平。

結(jié)果出乎意料，通過仔細隔離熱效應和沖擊波相互作用，研究人員觀察到銅的強度在溫度升高157°C時提高了30%。這種現(xiàn)象也在純鈦和金中得到復制，表明它是一種更廣泛的材料趨勢。

為了解釋這種意想不到的強化，研究人員提出了一種潛在的變形機制轉(zhuǎn)變。在高溫和低應變速率下，位錯的運動是影響強度的主要因素。然而，在極端應變速率下，另一種機制接管了。快速變形淹沒了傳統(tǒng)的位錯活動，其他機制，如慣性和原子推擠，開始發(fā)揮作用。這些高速率機制顯然被更高的溫度所增強，導致了觀察到的強化效果。

這一發(fā)現(xiàn)具有重要的意義。為高沖擊應用（如裝甲或射彈穿透）設計組件的材料工程師需要考慮這種溫度依賴的強化效應。它有可能導致開發(fā)出在極端載荷條件下具有卓越性能的新材料。此外，這項研究還加深了我們對材料在變形極限下的行為的理解，為金屬成形和加工等領(lǐng)域的進步打開了大門。www.ws46.com

然而，也有一些局限性需要承認。該研究側(cè)重于特定測試條件下的純金屬，合金和復合材料在極端應變速率下的行為可能有所不同。此外，復雜的機制還需要進一步研究，還需要進一步研究如何將這種現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為具有復雜材料相互作用和不同環(huán)境因素的現(xiàn)實場景。

總而言之，金屬在極端應變速率下隨著溫度升高而增強這一發(fā)現(xiàn)，代表了我們對材料行為理解的重大轉(zhuǎn)變。這種反直覺的現(xiàn)象有可能徹底改變高沖擊應用的材料設計，并為進一步探索極端條件下的材料行為鋪平道路。