中国科学院金属研究所张哲峰

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张哲峰，男，1970年4月生，中国科学院金属研究所研究员、材料疲劳与断裂实验室主任、失效分析中心主任。1988-1995年在西安交通大学材料科学与工程系学习，1998年于中国科学院金属研究所获工学博士学位。2000年获全国百篇优秀博士学位论文奖，2000-2001年获日本学术振兴会（JSPS）资助，2001-2002年获德国洪堡（AvH）基金会资助，2003年获德国斯图加特马普金属所资助，2004年入选中国科学院“百人计划”，2006年获国家杰出青年科学基金资助，2008年承担国家自然科学基金重大项目，2014年入选科技部“中青年科技创新领军人才计划”，2015年入选中组部“万人计划”，2018年带领的材料疲劳断裂与构件失效分析团队入选辽宁省“兴辽计划”创新团队。主要从事金属材料力学行为与强韧化机制、疲劳损伤与寿命预测、断裂与强度理论及工程构件失效分析等方面工作，在Nature Mater.、Prog. Mater. Sci.、Phys. Rev. Lett.、Adv. Mater.、Acta Mater., Biomaterials、Acta Biomater.等SCI刊物上发表论文400余篇，被SCI刊物论文引用10000余次，2015-2018年连续入选Elsevier中国高被引学者。

张哲峰
性　别        男        最高学历        博士研究生
职　称        研究员        
专家类别        博士生导师，国家杰出青年基金获得者，中科院“百人计划”入选者
部　门        中国科学院金属研究所

简历：
　　09/1988 – 07/1992：西安交通大学材料科学与工程系、工学学士
　　09/1992 – 07/1995：西安交通大学材料科学与工程系、工学硕士
　　09/1995 – 06/1998：中国科学院金属研究所、工学博士
　　07/1998 – 09/1999：中国科学院金属研究所、助理研究员
　　09/1999 – 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、“科学振兴会”资助研究员
　　10/2001 – 01/2003：德国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研究所、访问学者
　　01/2004 – 至今：中国科学院金属研究所、研究员
　　01/2005 – 至今：中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室，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
　　01/2008 – 至今：中国科学院金属研究所、学位委员会委员
　　01/2009 – 至今：中国科学院金属研究所、学术委员会委员
　　04/2009 – 至今：中国科学院金属研究所、所长助理；沈阳材料科学国家（联合）实验室，主任助理、材料失效分析中心主任
　　08/2012 – 至今：中国科学院金属研究所、副所长
研究领域：
　　新型结构材料力学问题：研究各种新型块体结构材料的力学性能，揭示各种新型结构材料在变形与断裂过程中的力学问题。
　　材料的界面与力学性能：以各种结构材料中典型界面为研究对象，客观评价典型界面在变形与断裂过程中的力学性能与可靠性。
　　变形断裂的晶体学效应：以各种典型晶体材料为研究对象，揭示金属晶体材料塑性变形的物理本质与损伤机制。
　　金属材料的强韧化机制：通过认识金属与合金材料的强度、塑性、断裂韧性与其微观组织之间的关系，探索提高工程合金材料性能潜力的强韧化理论。
　　材料的疲劳与断裂理论：建立或发展金属材料疲劳损伤与寿命预测的新理论或新方法，进一步发展或完善金属材料的断裂、强度与失效理论。
承担科研项目情况：
　　主要从事金属材料的力学行为、强韧化机制、疲劳损伤与寿命预测、断裂机理与强度理论等方面研究工作。揭示了具有不同晶界铜双晶体的晶界疲劳开裂机理，提出了孪晶界面疲劳开裂的取向差与层错能的竞争机制，揭示了晶体学取向和层错能对面心立方金属低周疲劳位错组态演化规律；提出了面心立方金属与合金强韧化的层错能效应，发现降低面心立方金属的层错能可同步提高拉伸强度与延伸率，同时也提高其疲劳强度。从宏观和微观两方面揭示了非晶合金材料拉伸与压缩剪切断裂的不对称性，归纳了各种非晶合金材料的一般性断裂规律，通过对不同材料断裂行为总结与力学分析，提出了一个新的统一拉伸断裂准则-椭圆准则，将四个经典断裂准则（最大正应力准则、屈特加准则、米塞斯准则和莫尔-库仑准则）有机地统一起来。
　　近年来在Acta Mater.、Phys. Rev. Lett.、Prog. Mater. Sci.、Nature Mater.等SCI刊物上发表论文220余篇，被 SCI论文引用3300余次，单篇论文引用达380余次，在国际学术会议上作邀请报告20余次，部分研究成果获“辽宁省自然科学二等奖”、辽宁省青年科技奖。
社会任职：
　　01/2006 – 12/2008：中国材料研究学会青年委员会理事；
　　06/2006 – 至今：中国材料研究学会疲劳分会秘书长、理事；
　　01/2008 – 至今：任中国材料研究学会理事；
　　01/2008 – 至今：任《科学通报》编委；
　　01/2009 – 至今：中国材料研究学会青年委员会副秘书长、常务理事；
　　01/2009 – 至今：任《金属学报》编委；
　　09/2009 – 至今：国际强度委员会（ICSMA）委员；
　　01/2011 – 至今：Int. J. Fatigue刊物编委；
　　09/2011 – 至今：中国材料研究学会青年委员会副主任；
　　05/2012 – 至今：Mater. Sci. Eng., A刊物编委；
获奖及荣誉：
　　12/2010：获沈阳市优秀科技工作者称号；
　　10/2010：获沈阳材料科学国家（联合）实验室成立十周年“创新成果奖”；
　　10/2009：获辽宁省青年科技奖“十大英才”称号；
　　12/2008：获金属研究所首届“创新奖”；
　　12/2007：入选辽宁省“百千万人才计划”— 百人层次人选；
　　10/2006：获国家杰出青年科学基金资助；
　　01/2005：获中国科学院“百人计划”择优支持；
　　12/2004：获辽宁省“自然科学二等奖”；
　　06/2000：获 “全国优秀博士学位论文奖”；
　　10/1998：获中国科学院“院长奖学金优秀奖”；
　　08/1998：获中国科学院首届“刘永龄奖金”。

代表论著：
　　在Acta Mater.、Phys. Rev. Lett.、Prog. Mater. Sci.、Nature Mater.等SCI刊物上发表SCI论文220余篇(第一作者50篇)，上述论文被发表在Nature、Science、Nature Mater.、Phys. Rev. Lett.和Acta Mater.等80余种SCI刊物上论文引用3300余次，单篇论文引用380余次。代表性学术论文如下：
　　1. Li, P., Li, S. X., Wang, Z. G., and Zhang, Z. F., Fundamental principle of cyclic deformation behaviors and dislocation evolution of fcc crystals, Prog. Mater. Sci., 56 (2011) 328-377.
　　2. Zhang, Z. F., and Wang, Z. G., Grain boundary effects on cyclic deformation and fatigue damage, Prog. Mater. Sci., 53 (2008) 1025-1099.
　　3. Zhang, Z. F., and Eckert, J., Unified tensile fracture criterion, Phys. Rev. Lett., 94 (2005) 094301.
　　4. Zhang, Z. F., He, G., Eckert, J., and Schultz, L., Fracture mechanisms in bulk metallic glassy materials, Phys. Rev. Lett., 91 (2003) 045505
　　5. Han, W. Z., Cheng, G. M., Li, S. X., Wu, S. D., and Zhang, Z. F., Deformation induced micro-twins and stacking faults in aluminum single crystal, Phys. Rev. Lett., 101 (2008) 115505.
　　6. Guo, H., Yan, P. F., Wang, Y. B., Tan, J., Zhang, Z. F., Sui, M. L., and Ma, E., Tensile plasticity and necking of metallic glass, Nature Mater., 6 (2007) 735-739.
　　7. Zhang, Z. J., Zhang, P., Li, L. L., and Zhang, Z. F., Fatigue cracking at twin boundaries: Effects of stacking fault energy and crystallographic orientation, Acta Mater., 60 (2012) 3113-3127.
　　8. Wu, F. F., Zheng, W., Wu, S. D., Zhang, Z. F., Shen, J., Deformation and fracture behaviors of Ti-based metallic glass under multiaxial stress state, Acta Mater., 60 (2012) 2073-2081.
　　9. Tian, Y. Z., Li, J. J., Zhang, P., Wu, S. D., Zhang, Z. F., Kawasaki, M., Langdon, T. G., Microstructure, strengthening mechanisms and fracture behavior of Cu-Ag alloy processed by high-pressure torsion, Acta Mater., 60 (2012) 269-281.
　　10. Tian, Y. Z., Wu, S. D., Zhang, Z. F., Figueiredo, R. B., Gao, N., Langdon, T. G., Microstructural evolution and mechanical properties of a two-phase Cu-Ag alloy processed by high-pressure torsion at ultrahigh strains, Acta Mater., 59 (2011) 2783-2796.
　　11. Zhao, J. X., Wu. F. F., Qu, R. T., Li, S. X., and Zhang, Z. F., Plastic deformability of metallic glass by macroscopically artificial notches, Acta Mater., 58 (2010) 5420-5432.
　　12. Li, P., Li, S. X., Wang, Z. G., and Zhang, Z. F., Formation mechanisms of cyclic saturation dislocation patterns in [0 0 1], [0 1 1] and [111] copper single crystals, Acta Mater., 58 (2010) 3281-3294.
　　13. Han, W. Z., Yang, H. J., An, X. H., Yang, R. Q., Li, S. X., Wu, S. D., and Zhang, Z. F., Evolution of initial grain boundaries and shear bands in Cu bicrystals during one-pass equal channel angular pressing, Acta Mater., 57 (2009) 1132-1146.
　　14. Qu, S., An, X. H., Yang, H. J., Huang, C. X., Yang, G., Zang, Q. S., Wang, Z. G., Wu, S. D., and Zhang, Z. F., Microstructure evolution and mechanical properties of Cu-Al alloys subjected to equal channel angular pressing, Acta Mater., 57 (2009) 1586-1601.
　　15. Wu, F. F., Zhang, Z. F., and Mao, S. X., Size-dependent shear fracture and global tensile plasticity of metallic glasses, Acta Mater., 57 (2009) 257-266.
　　16. Li, P., Zhang, Z. F., Li, X. W., Li, S. X., and Wang, Z. G., Effect of orientations on the cyclic deformation behaviors of silver single crystals: comparison with behaviors of copper and nickel single crystals, Acta Mater., 57 (2009) 4845-4854.
　　17. Li, P., Zhang, Z. F., Li, S. X., and Wang, Z. G., Effect of orientations on cyclic deformation behaviors of Ag and Cu single crystals: CSS curve and slip morphology, Acta Mater., 56 (2008) 2212-2222.
　　18. Wu, F. F., Zhang, Z. F., Shen, J., and Mao, S. X., Shear deformation and plasticity of metallic glass under multiple loading, Acta Mater., 56 (2008) 894-904.
　　19. Zou, H. F., Yang, H. J., and Zhang, Z. F., Morphologies, orientation relationships and evolution of Cu6Sn5 grains formed between molten Sn and Cu single crystals, Acta Mater., 56 (2008) 2649-2662.
　　20. Han, W. Z., Zhang, Z. F., Wu, S. D., and Li, S. X., Influence of crystallographic orientations on deformation mechanism and grain refinement of Al single crystals subjected to one-pass equal channel angular pressing, Acta Mater., 55 (2007) 5889-5900.
　　21. Kim, K.B., Das, J., Wu, X., Zhang, Z. F., Eckert, J., Microscopic deformation mechanism of a Ti66.1Nb13.9Ni4.8Cu8Sn7.2 nanostructure-dendrite composite, Acta Mater. 54 (2006) 3701-3711.
　　22. Huang, C. X., Wang, K., Wu, S. D., Zhang, Z. F., Li, G. Y., and Li, S. X., Deformation twinning in polycrystalline copper at room temperature and low strain rate, Acta Mater., 54 (2006) 655-665.
　　23. Zhang, Z. F., Eckert, J., and Schultz, L., Difference in compressive and tensile fracture mechanisms of Zr59Cu20Al10Ni8Ti3 bulk metallic glass, Acta Mater., 51 (2003) 1167-1179.
　　24. Zhang, Z. F., and Wang, Z. G., Dependence of intergranular fatigue cracking on the interactions of persistent slip bands with grain boundaries, Acta Mater., 51 (2003) 347-364.
　　25. He, G., Zhang, Z. F., Löser, W., Eckert, J., and Schultz, L., Effect of Ta on phase transformation and mechanical properties of a Zr-based bulk metallic glassy composites, Acta Mater., 51 (2003) 2383-2395.
　　26. Zhang, Z. F., Wang, Z. G., and Sun, Z. M., Evolution and microstructural characterization of deformation bands in fatigued copper single crystal, Acta Mater., 49 (2001) 2875-2886.
　　27. Zhang, Z. F., and Wang, Z. G., Effect of grain boundaries on the cyclic deformation behavior of copper bicrystals and columnar crystals, Acta Mater., 46 (1998) 5063-5072.
　　28. Wu, F. F., Zheng, W., Wu, S. D., Zhang, Z. F., and Shen, J., Shear stability of metallic glass, Int. J. Plasticity, 27 (2011) 560-575.
　　29. Chen, C. Q., Pei, Y. T., Alexii, O., Hosson, J. T. M. De, Zhang, Z. F., and Ma, E, Banding-less plastic flow of taper-free metallic glass nanopillars, Phys. Rev. B83 (2011) 180201.
　　30. Wu, F. F., Zhang, Z. F., Peker, A., Mao, S. X., and Eckert, J., Effect of annealing temperature on the mechanical properties and fracture mechanisms of a Zr56.2Ti13.8Nb5.0Cu6.9Ni5.6Be12.5 bulk metallic glass composite, Phys. Rev. B. 75 (2007) 134201.
　　31. Zheng, N., Qu, R. T., Pauly, S., Calin, M., Germming, T., Zhang, Z. F., and J. Eckert, Design of ductile bulk metallic glasses by substitution of ‘soft’ atoms, Appl. Phys. Lett., 100 (2012) 141901.
　　32. Wu, F. F., Zhang, Z. F., Jiang, F., Sun, J., Shen, J., and Mao, S. X., Multiplication of shear bands and ductility of metallic glass, Appl. Phys. Lett., 90 (2007) 191909.
　　33. Zhang, Z. F., Wu, F. F., Gao, W., Tan, J., Wang, Z. G., Stoica, M., Das, J., Eckert, J., Shen, B. L., and Inoue, A., Wavy cleavage fracture of bulk metallic glass, Appl. Phys. Lett., 89 (2006) 251917.
　　34. An, X. H., Han, W. Z., Huang, C. X., Zhang, P., Yang, G., Wu, S. D., and Zhang, Z. F., High strength and utilizable ductility of bulk ultrafine-grained Cu-Al alloys, Appl. Phys. Lett., 92 (2008) 201915.
　　35. Han, W. Z., Wu, S. D., Li, S. X., and Zhang, Z. F., Origin of deformation twinning from grain boundary in copper, Appl. Phys. Lett., 92 (2008) 221909.

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基于微观组织和损伤机制的蠕墨铸铁的疲劳强度模型

疲劳强度是工程结构材料设计的关键指标，所以在科学研究和工程应用中都有重要意义。蠕墨铸铁是高功率密度柴油机缸盖的理想材料，主要由蠕虫状石墨(少量球状石墨)、铁素体和珠光体组成。蠕墨铸铁可以认为是多孔材料，软脆的石墨是疲劳破坏的萌生位置(薄弱区域)。此外，提高珠光体的含量可以提高抗拉强度，但是否能提高疲劳强度尚需进一步研究。

近日，中国科学院金属研究所的张哲峰和庞建超在Materials Science and Engineering: A上发表了最新的研究成果“Fatigue strength model based on microstructures and damage mechanism of compacted graphite iron”。在该文中，研究了蠕墨铸铁的微观组织、抗拉强度和疲劳强度之间的关系，并探究了其影响机制。

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中国科学院金属研究所张哲峰研究员：金属材料疲劳强度最优化准则

疲劳失效是金属材料失效的主要方式，金属材料的疲劳强度已经成为工程构件选材的一个重要指标；而提高金属材料的疲劳强度也一直是疲劳领域的一个重要研究课题。19世纪，Wöhler总结发现提高金属材料的抗拉强度就可以提高其疲劳强度，但随着高强钢等新材料的出现，人们发现很难通过不断地提高金属材料的抗拉强度来提高其疲劳强度。因此，需要提出新的理论来实现金属材料疲劳强度的最优化。

近日，中国科学院金属研究所王斌博士、张鹏副研究员和张哲峰研究员在Materials Science and Engineering: A上发表了最新的研究成果“An optimization criterion for fatigue strength of metallic materials”。 在该文中，研究人员对金属材料拉伸性能与疲劳强度之间关系进行了研究，分析了影响金属材料疲劳强度的主要材料属性，结合金属材料的塑性变形与损伤机制提出了金属材料疲劳强度的优化准则。

本文提出了一个实现金属材料疲劳强度最优化的准则，并用高强钢和铜铝合金的实验数据进行了验证。本文指出在保持一定加工硬化能力的前提下，尽量提高金属材料的抗拉强度就可以实现疲劳强度的提高。金属材料真实抗拉强度和延伸率之间的关系可以通过两条直线来描述，这两条直线的交点就是最优疲劳强度点所在的位置。

文献链接：An optimization criterion for fatigue strength of metallic materials（Materials Science and Engineering: A，2018，doi.org/10.1016/j.msea.2018.08.085）。

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一种理想超细晶高熵合金

中国科学院金属研究所张哲峰研究员、东北大学田艳中教授、悉尼大学安祥海博士和浙江大学王江伟研究员通过简单冷轧和后续热处理，成功制备了一种具有完全再结晶结构的 CoCrFeMnNi 超细晶（UFG）高熵合金。与通过严重塑性变形（SPD）制备获得的超细晶组织相比，完全再结晶 UFG 材料缺陷少、组织稳定。该 UFG 组织可以有效存储位错等缺陷，从而充分利用细晶、位错和变形孪晶实现强化，保障材料具有优异的加工硬化能力。实验结果表明，该材料在室温和液氮温度下均具有极其优异的强韧性。室温下的屈服强度、抗拉强度和均匀延伸率分别为 798 MPa、 887 MPa 和 26 %。相比之下，液氮温度下的屈服强度、抗拉强度和均匀延伸率全面提升，分别为1240 MPa、1460 MPa 和 41 %。与众多材料相比，该高熵合金的低温综合性能更加优异。

该研究提出了利用理想超细晶结构获得良好的强韧性匹配，为金属材料强韧化提供了一种可行的设计思路，且采用的轧制制备工艺简单，可应用于实际的工程材料制备。该结果发表在Materials Today Nano杂志上，Materials Today Nano 4 (2018) 46-53，https://doi.org/10.1016/j.mtnano.2018.12.002 ）。论文第一作者为博士生孙士杰。该工作得到了国家自然科学基金和澳大利亚研究理事会项目支持。

本文揭示了超细晶高熵合金的强韧化机理，加深了对超细晶材料组织性能关系的理解，并为高熵合金在低温环境中的应用提供了依据。此外，本文提供了一个方便可行的强韧化思路，即通过简单的冷轧和适当的热处理，可以方便地制备出理想超细晶高熵合金，该思路可以很容易拓展到其他材料体系，并在工业上得到实际应用。

Materials Today Nano (MT Nano)是Elsevier旗下Materials Today (IF 24.537) Family系列期刊，也是Elsevier第一本将以Original Research Article为主的宽泛纳米主题新期刊。浙江大学材料学院张泽院士受邀担任该期刊主编。

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近日，辽宁省人民政府发布了《关于2022年度辽宁省科学技术奖励的决定》。金属所共有五项成果获奖，其中作为第一完成单位的“金属材料低周疲劳寿命预测理论与延寿方法”项目荣获自然科学二等奖。
　　“金属材料低周疲劳寿命预测理论与延寿方法”主要完成人：张哲峰、邵琛玮、田艳中、刘睿、张鹏。该项目在国家自然科学基金重大、杰青和重点项目资助下，开展了金属材料低周疲劳寿命预测理论研究，通过引入新的疲劳损伤因子，提出了低周疲劳寿命预测滞回能模型，揭示了金属材料低周疲劳损伤本质，可实现从材料强韧性能预测其低周疲劳寿命的目标；在此基础上发展了低周疲劳寿命预测理论，指导金属材料表面强化技术制备梯度组织提高疲劳寿命，为金属材料/构件抗疲劳设计提供了科学依据。该理论统一了经典的Basquin模型(1910年)和Manson-Coffin(1954年)模型，并有力地推动了材料低周疲劳、高温疲劳及热机械疲劳等领域的发展。相关研究成果总计发表SCI论文30余篇，5篇代表性论文均发表在《Acta Materialia》期刊上，被SCI期刊论文他引319次。