金屬所盧磊Nature：與疲勞歷史無關的納米孿晶金屬循環響應

Allen 6年前 (2017-10-31) 6545瀏覽

【背景介紹】

疲勞一般指材料、零件和構件在循環加載下，在某點或某些點產生局部的永久性損傷，并在一定循環次數后形成裂紋、或使裂紋進一步擴展直到完全斷裂的現象。實際服役中近90％金屬部件和結構的失效是由于材料的循環應力幅值遠小于拉伸強度從而產生疲勞現象引起的。金屬通常在循環變形期間遭受大量對微觀結構的不可逆損傷，導致不穩定（硬化或軟化）和對疲勞歷史有依賴性的循環響應。疲勞壽命預測的現行規則，如線性累積損傷規則，無法解釋加載歷史的影響，且工程組件通常由具有可變幅度，平均值和頻率的復雜循環應力加載，如湍流空氣中的飛機機翼。因此，在實際負載下預測循環行為和疲勞壽命通常是非常有挑戰性的。

【成果簡介】

2017年10月30日，Nature在線發表了中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家(聯合)實驗室盧磊研究員研究組和美國布朗大學高華健教授（共同通訊）等人題為“History-independent cyclic response of nanotwinned metals”的文章，通過在低于金屬拉伸強度的應力幅值下的原子模擬和拉-壓變幅應變控制疲勞實驗，報道了含有高度取向的納米孿晶塊體純銅樣品中與疲勞歷史無關的穩定循環響應。實驗證明這種不尋常的循環行為是由相鄰的“項鏈”位錯引起的，這種錯位由孿晶中多個短的位錯構成，如項鏈的連接。這種位錯在循環載荷作用下在高度取向的納米孿晶結構中形成，并且有助于保持雙邊界的穩定性和可逆損傷，條件是納米孿晶在加載軸線的約15度內傾斜。這種循環變形機制與單晶，粗粒，超細晶粒和納米金屬晶粒中不可逆顯微結構損傷相關的常規變形機制是截然不同的。

【圖文導讀】

圖1 循環變形前后NT-Cu的微觀結構