最近，我校金属材料强度国家重点实验室孙军课题组通过传统的高温退火方法，定量化地实现了纯铁内部微米量级疲劳裂纹的热扩散性愈合。
    众所周知，与表面裂纹不同，金属材料服役过程中产生的内部微裂纹一直被认为是其内部的“癌症”，是不可治愈的。因此在传统材料设计时，只能对其成分组织与性能的优化设计实行一次性到位，随后再在服役过程中考虑其损伤与退化，并做被动性的寿命估算，难以主动地对其内部微裂纹进行再愈合，特别是其定量化研究仍是一个挑战。
    在国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目的联合资助下，本研究从内部微裂纹的内表面是一各处曲率半径或原子化学位不等的、“亚稳定”热力学状态的封闭内曲面，在外部能量输入后有可能实现质点的表面、晶界或体扩散, 并带来其表面几何形状与体积的变化这一思路出发，从模型解析、数值模拟和相应的实验研究等不同角度定量化地揭示出：金属材料内部微米量级的疲劳微裂纹，无论其初始位于晶内、晶界或穿晶等不同位置，均可在不同或耦合的扩散机制下通过其形态演变，如球化与环化和体积收缩等阶段被最后完全愈合，达到了定量化揭示金属材料内部疲劳微裂纹愈合机理的研究目标。
    例如纯铁在900℃下退火2小时，对于径厚比为5<β<18 的内部初始微裂纹，可完全球化的初始厚度为1.6μm至0.7μm；而对于径厚比为18<β<35和35<β<50的内部初始微裂纹，可完全圆环化和圆环加球洞化的初始厚度则为0.7μm至0.5μm和0.5μm至0.4μm。从而为延长金属材料的疲劳寿命提供了理论依据。该研究结果将有助于深化对于金属材料内部表面和界面扩散作用与机理的理解，同时对于在役金属材料部件的性能恢复等研究具有重要的现实意义。
    相关的研究成果已发表在2004年8月16日出版的美国《应用物理快报》（Appl. Phys. Lett., Vol.85(7), 1143）上，并得到了评审专家的高度评价。 


       投稿人:西安交通大学金属材料强度国家重点实验室
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