一作+通讯Science，找到金属疲劳的根源，并实现预测！

金属材料会经历不可逆变形，施加应力增加，表现为局部滑移事件，导致反复循环时的疲劳失效。

文献中广泛报道了高循环疲劳状态下的疲劳强度与金属材料的内在力学性能之间的相关性，包括屈服强度、极限拉伸强度和硬度。最令人感兴趣的是观察到疲劳强度随着屈服强度或极限拉伸强度的增加而增加。

然而，绘制归一化的疲劳强度与金属屈服强度或极限抗拉强度的关系图表明，在许多情况下，高强度的金属材料在应力低至屈服强度的25%时因疲劳而失效，这表明疲劳效率非常低。将拉伸和屈服强度与疲劳强度联系起来的微观结构尺度上的物理过程和参数尚未完全了解。此外，目前还不清楚为什么高抗拉强度的金属和合金具有如此低的疲劳效率。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校助理教授Jean-charles Stinville（一作+通讯）等人在Science发表文章，On the origins of fatigue strength in crystalline metallic materials，通过纳米分辨率数字图像相关性来观察各种合金表面的滑移定位。他们发现，在一个变形周期后，早期滑移定位事件的振幅决定了疲劳强度。

在微观结构尺度上，也就是在多晶集合体的单个晶体(晶粒)尺度上进行塑性定位的量化，对单调加载和循环加载都是一个挑战。滑移事件的实验观测需要纳米尺度的空间分辨率。相反，在微观结构构型的统计代表性的材料响应需要毫米尺度的场。然而，在扫描电子显微镜(SEM)上原位操作的测试设备的最新进展，结合高分辨率数字图像相关和自动化多模态数据分析，为量化大视场上离散滑移事件和滑移活动的特征提供了机会。

作者整合了这些实验能力，以研究具有面心立方（fcc）、六边形紧密堆积（hcp）和以体心立方（bcc）晶体结构的大量合金的单调和完全反向加载期间的滑移定位。作者在具有统计学意义的目标区域进行了测量，并使用多模式数据合并方法对微观结构和个别滑移定位事件之间的关系进行了定量研究，包括其位置、强度和可逆转度。

作者发现：第一周期中形成的滑移定位振幅与材料的疲劳强度之间的线性关系，通过第一次加载周期的滑移定位振幅可以预测滑移变形的金属合金的疲劳强度。

Basquin的疲劳定律长期以来一直作为预测重复应力下材料寿命的标准方程而存在，但它完全是经验性的。Stinville等人提供的数据驱动分析通过将金属的疲劳寿命与其屈服强度和滑移定位强度联系起来，为Basquin方程的参数提供了更深入的数据支持。这是朝着更明确地预测疲劳强度迈出的一大步。

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