原文链接: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.107461

      超弹性NiTi 形状记忆合金丝在生物医药，弹热制冷和可穿戴器件等领域具有广泛的应用前景。在实际服役过程中，NiTi 合金需经过成千上万次的往复相变。因此，低疲劳寿命成为限制NiTi 合金使用的一个重要因素。近期，上海交通大学金学军教授课题组提出了一种训练制度，使得NiTi 合金丝的结构疲劳寿命与功能稳定性均显著提升，且训练对疲劳寿命的提升作用具有显著的晶粒尺寸依赖性，并解释了相应的微观机制。其研究成果“Combined effects of grain size and training on fatigue resistance of nanocrystalline NiTi shape memory alloy wires” 发表在疲劳领域顶刊《International Journal of Fatigue》上。

      本研究中，样品首先经过60次峰值应力为600MPa的应力控制的力学训练，随后进行最大应变为5%的应变控制疲劳测试。结果表明，训练可以显著降低疲劳测试过程中的功能衰减，并显著提高合金的结构疲劳寿命。训练对结构疲劳寿命的提升作用随晶粒尺寸的增加而增大（图1）。

图1. 训练与未训练样品结构疲劳寿命对比图

      微观表征证明，训练在样品内部引入大量的位错（图2），在往复相变过程中位错的形成与移动，导致晶格旋转，引起织构演变，提高了<111> 织构的取向强度（图3）。<111> 织构的强化一方面可以降低相变所需的外部载荷，从而减缓功能衰减；另一方面，<111> 织构可以提高裂纹尖端相变区与塑性区，提高裂纹扩展阻力。训练中<111> 织构的强化作用随着晶粒尺寸的增加而增加导致训练后的NiTi 合金的疲劳抵抗力随着晶粒尺寸增大而增大。

图2. 训练后晶粒尺寸为84nm样品内部引入大量位错组织，位错墙两侧发生晶格旋转。

图3. 各晶粒样品训练后<111>织构显著增强，训练对织构的强化作用随着晶粒尺寸的增加而增大。

      本研究获得国家自然科学基金（51201100）支持。