金属所卢磊Nature：与疲劳历史无关的纳米孪晶金属循环响应

Allen 6年前 (2017-10-31) 6962浏览

【背景介绍】

疲劳一般指材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。实际服役中近90％金属部件和结构的失效是由于材料的循环应力幅值远小于拉伸强度从而产生疲劳现象引起的。金属通常在循环变形期间遭受大量对微观结构的不可逆损伤，导致不稳定（硬化或软化）和对疲劳历史有依赖性的循环响应。疲劳寿命预测的现行规则，如线性累积损伤规则，无法解释加载历史的影响，且工程组件通常由具有可变幅度，平均值和频率的复杂循环应力加载，如湍流空气中的飞机机翼。因此，在实际负载下预测循环行为和疲劳寿命通常是非常有挑战性的。

【成果简介】

2017年10月30日，Nature在线发表了中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室卢磊研究员研究组和美国布朗大学高华健教授（共同通讯）等人题为“History-independent cyclic response of nanotwinned metals”的文章，通过在低于金属拉伸强度的应力幅值下的原子模拟和拉-压变幅应变控制疲劳实验，报道了含有高度取向的纳米孪晶块体纯铜样品中与疲劳历史无关的稳定循环响应。实验证明这种不寻常的循环行为是由相邻的“项链”位错引起的，这种错位由孪晶中多个短的位错构成，如项链的连接。这种位错在循环载荷作用下在高度取向的纳米孪晶结构中形成，并且有助于保持双边界的稳定性和可逆损伤，条件是纳米孪晶在加载轴线的约15度内倾斜。这种循环变形机制与单晶，粗粒，超细晶粒和纳米金属晶粒中不可逆显微结构损伤相关的常规变形机制是截然不同的。

【图文导读】

图1 循环变形前后NT-Cu的微观结构