【背景介绍】
金属材料及其构件的疲劳失效是指在循环应力幅小于材料的屈服强度的疲劳条件下，由金属内部的缺陷和疲劳损伤积累造成的。传统粗晶（CG）金属由于屈服强度低，其疲劳极限也较低。最近二十年，材料学者对超细晶（UFG）和纳米晶（NC）金属进行广泛而深入的研究，发现它们的强度和疲劳极限都有所提高。然而，循环变形过程中局部晶粒粗化和剪切带等常常发生，具有严重的应变局部化，因此这些材料通常表现出循环软化和较短的（应变控制）疲劳寿命。从安全性角度考虑，这些问题严重限制了高强度纳米金属材料的工程应用。
近期的研究表明，在微米尺寸的晶粒中引入高密度的择优取向纳米孪晶界面，是金属材料获得理想拉伸强度、良好延展性和加工硬化能力等优异力学性能的一种有效策略。在循环载荷作用下，纳米孪晶（NT）金属不仅表现出极高的疲劳极限，还可以显著提高疲劳寿命和抑制疲劳裂纹扩展速率，克服传统粗晶和超细晶结构金属中高周疲劳性能与低周疲劳性能之间的无法兼得的倒置关系。
【成果简介】
近期，中国科学院金属研究所卢磊研究员和布朗大学高华健教授团队报道了择优取向纳米孪晶铜（NT-Cu）经预变形处理后表现出的非对称循环响应现象，并研究了其相关机理。在这项工作中，他们对纳米孪晶铜施加小幅度拉伸预应变，引入受限位错，然后进行应变控制的拉压对称循环试验，研究预先引入的受限位错对随后循环变形行为的影响。他们发现，预变形处理后的纳米孪晶铜试样的循环响应具有明显的拉压不对称性，且循环不对称程度随着循环次数的增加或塑性应变幅值的增大而逐渐减弱。在足够大的塑性应变幅度下，预变形后的纳米孪晶铜试样在循环变形后又恢复到其对称循环响应状态。分子动力学模拟和微结构表征同时证明，在拉伸预变形过程中，受限位错的尾部在孪晶界上延伸，形成错配位错，具有明显的结构不对称性，从而引起不对称循环响应。在循环变形过程中，相邻纳米孪晶内部的受限位错的尾部相互连接形成结构对称的项链型关联位错（CND）。CND沿孪晶界来回移动，无定向滑移阻力，引起对称循环响应。相关成果以“Asymmetric cyclic response of tensile pre-deformed Cu with highly oriented nanoscale twins”发表于Acta Mater.期刊上。
