工程結(jié)構(gòu)中的材料和構(gòu)件往往承載著循環(huán)載荷的作用，在服役過程中性能不斷劣化，產(chǎn)生損傷的累積，不可避免地面臨疲勞失效的問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球每年因工程結(jié)構(gòu)件失效造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)GDP的3~5%，其中，因材料和構(gòu)件的疲勞破壞導(dǎo)致的失效可占總事故的50%，因此，材料和構(gòu)件的疲勞失效一直是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界重點(diǎn)關(guān)心的問題。

近日，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)隊在金屬材料領(lǐng)域取得重大突破，團(tuán)隊提出了一種全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，使金屬材料在保持高強(qiáng)度、高塑性的同時，大幅提升穩(wěn)定性，突破了金屬材料強(qiáng)度-塑性-穩(wěn)定性的“不可能三角”。這項成果于4月4日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt6666

梯度位錯結(jié)構(gòu)304不銹鋼σmax=570MPa循環(huán)蠕變過程中的結(jié)構(gòu)演變特征（圖源：中國科學(xué)院）

棘輪效應(yīng)是材料或結(jié)構(gòu)在非對稱應(yīng)力循環(huán)作用下產(chǎn)生的一種循環(huán)塑性應(yīng)變的累積現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的產(chǎn)生會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形超限或者疲勞壽命降低而不能正常工作，是許多重大工程的安全隱患。為有效解決這一問題，盧磊團(tuán)隊通過精確控制金屬的特定往復(fù)扭轉(zhuǎn)工藝，成功在材料內(nèi)部引入一種空間梯度序構(gòu)位錯胞結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以顯著阻礙位錯的移動，使材料的屈服強(qiáng)度提高了2.6倍，平均棘輪變形速率大幅降低，突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料抗棘輪損傷性能難以提升的瓶頸。

據(jù)了解，這種破解強(qiáng)度-塑性-穩(wěn)定性“不可能三角”的梯度序構(gòu)作為一種普適性強(qiáng)的韌化策略，在多種工程合金材料中展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力，有望為航空航天等極端環(huán)境下關(guān)鍵部件的長壽命和高可靠性應(yīng)用提供重要保障。