张哲峰

教育经历

09/1988—07/1992:西安交通大学材料科学与工程系,学士学位

09/1992—07/1995:西安交通大学材料科学与工程系,硕士学位

09/1995—06/1998:中国科学院金属研究所,博士学位

工作经历

07/1998—09/1999:中国科学院金属研究所,助理研究员

10/1999—12/2003:中国科学院金属研究所,副研究员

09/2000—09/2001:日本产业技术综合研究所,JSPS博士后

10/2001—01/2003:德国德累斯顿莱布尼兹固体材料研究所,洪堡学者

01/2003—12/2003:德国斯图加特马普金属所,访问学者

01/2004—至 今:中国科学院金属研究所,研究员

01/2005—10/2018:中国科学院金属研究所材料疲劳与断裂研究部,副主任、主任

03/2006—至 今:中国科学院金属研究所,博士生导师

04/2009—至 今:中国科学院金属研究所失效分析中心,主任

07/2012—12/2018:中国科学院金属研究所,副所长

11/2020—至 今:中国科学院金属研究所材料使役行为研究部,主任

研究进展

主要从事金属材料力学性能评价、强韧化机制、疲劳损伤与性能预测、断裂机理与强度理论、生物力学与仿生材料设计制备研究及工程构件失效分析工作。主要研究进展包括:

1、脆性材料断裂机制与强度理论

非晶合金变形断裂机制:在100纳米尺度下首次观察到非晶合金拉伸颈缩与剪切断裂竞争机制,提出非晶合金塑性变形临界剪切台阶概念和稳定剪切机制,发现非晶合金缺口断裂强度不敏感性及缺口韧化效应。揭示了非晶合金拉伸-压缩断裂强度与断裂角度不对称性,提出了非晶合金剪切断裂正应力效应:即拉伸正应力促进剪切断裂,压缩正应力抑制剪切断裂。

提出统一断裂准则:提出统一拉伸断裂准则—椭圆准则: ,通过断裂方式因子 ,将材料力学教科书中过去400多年提出的四个经典强度理论(最大正应力准则、Tresca准则、von ? Mises准则、Mohr-Coulomb准则)统一起来,设计实验证实了统一断裂准则的准确性,建立了断裂方式因子 与非晶合金泊松比之间定量关系: ,定量预测了不同非晶合金强度与断裂方式。

2、延性金属材料形变损伤机制

面心立方金属形变与疲劳损伤规律:通过第一原理计算模拟各种面心立方金属中不稳定层错能 、内禀层错能 与不稳孪生能 之间的竞争关系,提出了孪生萌生的本征判据: ;建立了面心立方金属晶粒尺寸D、晶体取向因子m和层错能 与孪生萌生的临界判据: ;通过计算模拟预测了铜合金化后层错能的变化趋势,提出了面心立方金属位错组态缺陷演化统一因子,揭示了位错、层错、孪生之间竞争与转变的内在机制。

晶界与孪晶界面疲劳损伤开裂规律:确定了疲劳裂纹萌生的难易顺序为:小角晶界、孪晶界、滑移带、大角晶界,提出界面对滑移位错塞积程度是影响其疲劳开裂与否的本质因素;建立了层错能、晶体取向差与孪晶界面疲劳开裂的定量判据,揭示了孪晶界面疲劳开裂与否的界面取向效应。

金属材料强度与塑性同步提高机制:通过总结内在因素(层错能、间隙原子等)与外部因素(温度、应变速率等)对面心立方金属强度与延伸率同步提高的共性规律,提出面心立方金属位错运动存在尺寸恒定的“临界独立运动空间”,并提出了最小形变单元尺寸和形变缺陷独立系数Din,解释了金属材料强度与塑性“天花板”效应,其中Din减小是实现强度与塑性同步提高的内在机制;该模型指导了铜合金、镍合金、TWIP钢、奥氏体不锈钢、高熵合金、镍钴基高温合金等多种面心立方金属强韧化设计与制备。

3、金属材料疲劳性能预测模型

金属材料低周疲劳寿命预测模型:提出以滞回能为损伤参数的低周疲劳寿命预测模型( ),由于同时考虑了应力和应变作为损伤参数,该模型统一了Basquin(1910年)和Coffin-Manson(1954年)两个经典疲劳模型,建立了金属材料疲劳性能与其微观损伤机制之间的联系,为金属材料强韧化设计抗疲劳提供了新的理论依据;并通过温度和应变速率修正,该疲劳损伤能量模型进一步应用到高温/低周疲劳和热机械疲劳寿命预测。

疲劳强度与裂纹扩展寿命预测模型:建立了金属材料高周疲劳强度 与拉伸强度 关系: ;建立了以静态性能(屈服强度 、拉伸强度 和弹性模量E等)预测其疲劳强度 的Y-T-F模型: ;建立了以静态性能(拉伸强度 、断裂韧性 和弹性模量E)预测其疲劳裂纹扩展速率模型: 。上述疲劳性能预测模型在铜合金、铝合金、钛合金及多种钢铁材料体系中得到广泛验证。

疲劳开裂临界缺陷模型与疲劳强度优化:针对AISI 4340、M300、M400马氏体时效钢和GCr15轴承钢等多种高强钢,结合大量疲劳实验数据与断裂力学理论分析,建立了基于拉伸强度、断裂韧性和夹杂物尺寸关系的疲劳开裂临界缺陷定量预


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