研究背景：

　　材料的抗疲劳损伤能力一直是其力学性能的重要组成部分，与工程部件和设施的长期安全直接相关。前期研究表明，通过对金属材料进行强烈塑形变形(SPD)，产生超细晶粒(UFG)和纳米晶粒(NG)等微观结构，可以实现材料疲劳强度的提高。然而，以Cu为代表的纯金属经SPD处理后疲劳强度似乎达到了100MPa左右的饱和值，很难通过改善SPD加工过程来继续提高。值得注意的是，一些工程材料也出现了类似的趋势，包括高强度钢，铜合金和铝合金等。因此，如何提高金属材料的疲劳强度这一难题具有重要的理论和工程意义。

　　成果简介：

　　通过系统的实验与分析，对几种常规强化方式（细晶强化、应变硬化、固溶强化和弥散强化）在提高疲劳强度方面的优势和局限进行了归纳，并由此提出优化材料疲劳性能的新思路。主要结论如下：

　　（1）疲劳性能的提高：细晶/超细晶铜铝合金因其具有尺寸细小均匀且界面稳定的晶粒、低初始位错密度以及适当的合金成分，展现出优于粗晶材料与强塑性变形纳米晶材料的抗疲劳性能。

　　（2）损伤机制的整合：尽管不同的优化方式对应着各异的机制原理，但均遵循着统一的规律，在微观上集中体现为位错滑移行为，在宏观上则表现对局部疲劳损伤累积的减弱与分散上。

　　（3）优化方法的耦合：单一优化方法自身的局限易导致材料疲劳强度的饱和，而不同优化方式的有机结合为打破这种限制提供了可能。通过基于统一的机制原理下优化方式的耦合，有望满足工业发展对材料抗疲劳性能不断提高的需求。

　　全文链接：Exploring the fatigue strength improvement of Cu-Al alloys (Acta Mater., volume 144, 1 February 2018, Pages 613-626, DOI: 10.1016/j.actamat.2017.11.019)

图1 疲劳强度与平均晶粒尺寸和抗拉强度关系图

图2 应力循环加载前后微观结构形态的对比

图3  Al含量对位错形貌和裂纹分布的影响

图4 优化方法、微观机制和疲劳性能之间的关系