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北科大王沿東團(tuán)隊(duì)：金屬材料疲勞領(lǐng)域獲重要進(jìn)展！

2018-02-06 10:12:06 作者：本網(wǎng)整理來源：材料科學(xué)與工程分享至：

在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：51527801、51471032、51231002）等資助下，北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王沿東教授團(tuán)隊(duì)與美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室LiuWenjun博士、佐治亞理工Zhu Ting教授等研究者合作，開展金屬材料疲勞形變亞微米尺度應(yīng)力分布原位研究，揭示了疲勞剪切帶損傷的微觀機(jī)制。研究成果以“Unraveling Submicron-scale mechanical heterogeneity by three-dimensional X-ray microdiffraction”（三維X射線微衍射技術(shù)揭示亞微米尺度形變與損傷不均勻性）為題，在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America （PNAS）上發(fā)表。

論文鏈接

http://www.pnas.org/content/early/2017/12/27/1711994115.full

循環(huán)載荷作用下工程材料的疲勞行為是航空航天、高鐵、核工業(yè)等領(lǐng)域服役安全設(shè)計(jì)的重要研究課題。

金屬材料在應(yīng)力載荷下的疲勞形變導(dǎo)致位錯(cuò)局域累積，造成材料損傷及微納裂紋形核。對(duì)于具有平面滑移特征的合金，在疲勞過程中形成的駐留形變剪切帶（Persistent Lüders Bands）為損傷破壞的基本單元，其形成與擴(kuò)展決定材料的疲勞強(qiáng)度與壽命，而剪切帶的三維介觀位錯(cuò)模型及時(shí)空分辨的動(dòng)態(tài)演化是形變與損傷領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

盡管以前大量實(shí)驗(yàn)關(guān)注形變帶的形成，但由于缺乏先進(jìn)的材料表征手段，有關(guān)形變帶內(nèi)局域應(yīng)力／應(yīng)變集中、亞結(jié)構(gòu)演化及微觀形變損傷過程的解釋一直眾說紛紜并長期困擾著材料科學(xué)家。

最近，王沿東教授團(tuán)隊(duì)及合作者利用同步輻射X射線微束衍射原位分析技術(shù)，通過對(duì)疲勞剪切帶位錯(cuò)結(jié)構(gòu)引起的巨大應(yīng)力梯度與微小取向梯度的精確表征，確定了亞微米尺度應(yīng)力場的動(dòng)態(tài)演化精細(xì)過程；揭示了幾何必需位錯(cuò)對(duì)剪切帶形成、剪切帶交互作用及微觀損傷的影響機(jī)理；以平面滑移金屬低應(yīng)變幅循環(huán)形變?yōu)槔吻辶私徊婕羟袔帒?yīng)力集中引起疲勞壽命偏離經(jīng)典Coffin-Manson定律的物理本質(zhì)。

同時(shí)利用具有三維分辨的同步輻射原位表征手段，開展塊體材料局部形變與損傷破壞研究，根據(jù)晶粒取向相關(guān)的疲勞損傷測量，提出剪切帶交互作用的新位錯(cuò)模型。這一研究成果對(duì)金屬材料的疲勞斷裂行為和使用壽命的準(zhǔn)確預(yù)測及高性能設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。