近日，中國科學(xué)院金屬研究所發(fā)布了一項(xiàng)關(guān)于金屬材料疲勞失效的重大研究成果。疲勞，這一在承受循環(huán)應(yīng)力或交變載荷的工程結(jié)構(gòu)中尤為突出的現(xiàn)象，長期以來困擾著材料工程領(lǐng)域的研究人員。其中，循環(huán)蠕變，也被稱為棘輪效應(yīng)，是金屬材料疲勞變形中更為嚴(yán)重的一種表現(xiàn)。

高強(qiáng)度材料往往伴隨著循環(huán)軟化和應(yīng)變局域化的問題，這兩個因素的相互作用會加劇棘輪效應(yīng)，導(dǎo)致構(gòu)件過早地發(fā)生疲勞失效。因此，如何提升高強(qiáng)度金屬材料的抗循環(huán)蠕變損傷能力，一直是科研人員亟待解決的一大難題。

幸運(yùn)的是，這一難題近日取得了突破性進(jìn)展。中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心的盧磊研究員團(tuán)隊，與美國佐治亞理工學(xué)院的朱廷教授攜手合作，共同揭示了這一科學(xué)難題的新解。他們的研究成果已于近日在《科學(xué)》周刊上在線發(fā)表。

研究團(tuán)隊在傳統(tǒng)304奧氏體不銹鋼中引入了空間梯度序構(gòu)位錯胞結(jié)構(gòu)，這一創(chuàng)新性的方法成功實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度與優(yōu)異抗循環(huán)蠕變性能的完美結(jié)合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過改良的不銹鋼屈服強(qiáng)度提升了2.6倍，同時，其棘輪應(yīng)變速率相較于相同強(qiáng)度的不銹鋼及其它合金降低了2-4個數(shù)量級，這一突破無疑為結(jié)構(gòu)材料抗棘輪損傷性能的提升打開了新的大門。

據(jù)中國科學(xué)院官方報道，這種梯度位錯結(jié)構(gòu)的引入方式頗為獨(dú)特，科研人員形象地稱之為“擰麻花”。他們通過控制金屬往復(fù)扭轉(zhuǎn)的特定工藝參數(shù)，在材料內(nèi)部引入了一種空間梯度有序分布的穩(wěn)定位錯胞結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)如同在金屬材料內(nèi)部植入了一個亞微米尺度的三維“防撞墻”筋骨網(wǎng)絡(luò)，有效地阻礙了位錯的移動，從而顯著提升了材料的抗循環(huán)蠕變性能。

這一研究成果不僅為金屬材料疲勞失效問題的解決提供了新的思路，更為高強(qiáng)度金屬材料的研發(fā)和應(yīng)用開辟了新的方向。隨著這一技術(shù)的不斷推廣和完善，我們有理由相信，未來將有更多高性能、長壽命的金屬構(gòu)件被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，為人類社會的發(fā)展和進(jìn)步貢獻(xiàn)更大的力量。