近日，我校航空学院青年教师郭亚洲等人在Science上发表了一篇评论文章（以下简称“评论文章”）【1】，对2021年9月发表于Science的一篇封面论文“Cryoforgednanotwinned titanium with ultrahigh strength and ductility”（以下简称“原论文”）【2】进行了评述。
原论文作者采用低温锻造（cryoforging）的方法制备了含有纳米孪晶结构的纯钛（99.95Ti， 0.05%O），并通过拉伸实验发现该材料在77K时的极限拉伸强度（ultimate tensile strength，UTS）达到了2GPa，同时失效应变接近100%。原论文作者进行了微观表征，对该材料如此优异的低温拉伸性能进行了解释。
郭亚洲等人主要从三个方面评论了原论文中可能出现的错误。
首先，原论文中所用的UTS是采用真实应力-应变曲线的最高值。而根据ASTM拉伸试验标准（E8/E8M）,UTS应该由工程应力-应变曲线的最高值给出。在均匀变形阶段，二者之间有定量关系：σT=σe(1+εe)，同时有应变关系：εT=Ln(1+εe)，下标“T”表示真实值、“e”表示工程值。如果以通用标准工程应力表示UTS，则原论文中所测材料在77K时的极限拉伸强度约为800MPa，远远低于其所声称的2GPa。
原论文中拉伸真实应力-应变曲线【2】
评论文章中根据原论文真实应力-应变曲线得到的工程应力-应变曲线【1】
第二，评论文章对原论文中力学试验所采用的试样形状及尺寸提出了质疑，认为材料能够达到接近160%的失效应变（工程）很可能与试样形状和尺寸有关，并且利用该尺寸的试样无法达到单轴拉伸应力状态。原论文中拉伸试样的标距段尺寸为0.65mm×1.40mm×0.4mm（长×宽×厚），长宽比仅为0.46。标距段与夹持段之间有半径约为1mm的倒角。在77K下，原论文采用拉伸位移除以标距段长度的方法来计算应变，而后通过室温下DIC（数字图像相关法）测量获得的位移与真实应变之间的关系对77K下的拉伸应变进行了修正。评论文章指出，由于该材料在77K与室温下的力学性能显著不同，其位移与真实应变的关系可能会差异很大；另外，77K时应变相较于室温要大很多，以小应变外推来校准大应变也会带来额外误差。郭亚洲等人利用有限元方法对77K拉伸实验进行了数值仿真，发现采用非标准小试样时拉伸应变可能会被高估50%；同时也发现试样的标距段的应力三轴度偏离了单轴拉伸应力状态。因此该实验的结果与普遍采用的单轴应力状态下的实验结果不具有可比性。
数值仿真表明原论文【2】中的试样无法达到单轴拉伸应力状态【1】
第三，评论文章对原论文中的图3A-L提出了质疑。该图描述了纳米孪晶钛在加载过程中的微观组织演化，应变从0到35%。郭亚洲等人指出，该系列图中从A-F（或者G-L），试样整体变形达到了35%，然而图中的某个晶粒（图中间的黄色晶粒）的轮廓却几乎未发生任何改变，这极不符合泊松效应（试样被拉伸时，沿拉伸方向尺寸增加，垂直于拉伸方向的尺寸减小）。原论文中曾采用DIC方法测量试样应变，针对图3A-F中的中间黄色晶粒，DIC方法获得的应变应该近似为0。由于该晶粒尺度超过100微米，占据了试样标距段长度（0.65mm）的相当部分，在试样整体均匀变形达到35%时，局部却没有发生变形，令人费解。
拉伸过程中纳米孪晶Ti试样微观组织演化（原论文【2】中图3）
原论文图3A-F中间黄色晶粒的外轮廓形状【1】
我校航空学院青年教师郭亚洲教授是论文第一作者，中国科学院力学所武晓雷教授、美国北卡罗莱纳大学（夏洛特）魏秋明教授为共同通讯作者。
科学需要争论，真理越辩越明。我校教师秉持追求真理、严谨治学的科学家精神，面对学术争论勇于发出自己的声音，展现了新时代的精神面貌。
参考文献
【1】Guo, Y., Wu X., and Wei Q., Comment on "Cryoforged nanotwinned titanium with ultrahigh strength and ductility". Science, 2022. 376(6594): p. eabo3440.
【2】Zhao, S., Zhang R., Yu Q., J. Ell, R.O. Ritchie, and A.M. Minor, Cryoforged nanotwinned titanium with ultrahigh strength and ductility. Science, 2021. 373(6561): p. 1363-1368.
