湖南日报3月11日讯（全媒体记者 余蓉）近日，湖南大学机械与运载工程学院姜潮教授团队与德国马普所Dierk Raabe院士团队合作，提出相变介导疲劳的全新科学概念与物理机制，并有望用于一种全新亚稳微观组织梯度材料的设计，以提升材料的抗疲劳性能。

疲劳失效是机械装备结构失效的首要原因，约占全部机械失效事件的90%，由此带来了巨大的经济损失和安全隐患。为避免疲劳失效的发生，就需要深入理解控制疲劳损伤的微观物理机制。

该研究采用一种新兴的中锰TRIP钢作为研究材料，运用先进的原位SEM疲劳实验技术，对疲劳裂纹扩展及其周边微观组织演化进行实时观察，发现马氏体相变对疲劳裂纹扩展的影响存在着两面性。在短裂纹阶段，马氏体相变可起到抑制疲劳裂纹扩展的有益作用，可使疲劳裂纹扩展速率降低高达2个数量级；而在长裂纹阶段，马氏体相变却起到加速疲劳裂纹扩展的相反作用。

进一步的机理研究揭示，马氏体相变可诱发两种具有对抗性的疲劳机制，其成因来源于相变产物马氏体自身所具有的“硬而脆”的内禀特性，而并非来源于相变过程本身（如裂纹闭合效应）。

这一机理性突破为新一代抗疲劳材料的设计提供了全新理念与技术路径，并有望用于构建基于材料失效物理的多尺度寿命模型，应用于航空、航天、核电、高铁等重要工业领域。

该研究得到了国家自然科学基金委杰出青年科学基金项目、面上项目以及德国洪堡基金的支持，研究成果在线发表在国际上负有盛名的综合性学术期刊《美国国家科学院院刊》上。

作者：余蓉

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来源：湖南日报