本研究由I. Escobar-Moreno、E. Nieto-Valeiras和J. Llorca等人完成，第一作者和通讯作者均隶属于西班牙马德里的IMDEA材料研究所（IMDEA Materials Institute）和马德里理工大学（Polytechnic University of Madrid/Universidad Politécnica de Madrid）。该论文发表在期刊《Acta Materialia》第283卷（2025年），文章编号为120497。

从学术背景来看，本文属于金属材料疲劳与断裂、晶体塑性变形机制的交叉研究领域。镍基合金在燃气轮机高温部件中具有重要应用，而疲劳裂纹萌生往往占据了疲劳寿命的绝大部分。过去的研究主要集中在沉淀强化镍基高温合金在应力控制条件下的疲劳开裂行为，而在应变控制条件下固溶强化镍基合金的疲劳裂纹萌生机制研究相对较少，并且缺乏足够的统计性数据。因此，本研究的核心目标是系统分析固溶强化镍基合金在应变控制低周疲劳条件下，晶界（grain boundary, GB）与孪晶界（twin boundary, TB）处的滑移传递/阻塞行为以及疲劳裂纹萌生的关键微观结构因素，并与沉淀强化镍基高温合金的已有结论进行比较，以揭示应变局部化（strain localization）程度对多晶体损伤形核机制的控制作用。

研究对象包括两种固溶强化镍基合金：Inconel 600和Hastelloy C276。其中Inconel 600分为原始态（as-received）与经1150 °C保温2小时热处理以粗化晶粒的HT-Inconel 600两种状态。首先通过电子背散射衍射（EBSD）和能谱分析（EDS）对三种组织的晶粒尺寸、孪晶界比例、晶界取向差分布及第二相颗粒进行了表征。随后对狗骨形试样进行全反向应变控制低周疲劳试验，应变半幅分别为1%、0.5%和0.3%，应变比Rε = −1，频率0.5 Hz。为了原位观察表面变形和开裂，在试样标距段中心加工了一个平坦区域，进行中断疲劳试验，并在扫描电子显微镜（SEM）下分析滑移迹线和裂纹萌生位置。滑移迹线分析基于EBSD获得的晶粒平均取向，将表面观测到的滑移线与理论{111}面滑移迹线进行比对（接受标准为±5°），并假定各滑移面中Schmid因子（Schmid factor, SF）最高的滑移方向为激活滑移方向。对于晶界和孪晶界处的滑移传递/阻塞事件，采用两个常用几何判据——Luster-Morris参数m′ = cos(ψ)cos(κ)和残余Burgers矢量Δb = 2b sin(κ/2)——其中κ为两侧Burgers矢量夹角，ψ为两侧滑移面法线夹角。此外，对于孪晶界还计算了扭转角（twist angle）θ，用于更精确地描述滑移面迹线在界面上的错配。裂纹分析中，作者采用同心背散射（CBS）和高速高灵敏度（T1）两种探测器进行成像，以区分裂纹与其他表面特征。

研究的主要结果包括以下几个方面。在疲劳寿命方面，三种材料的疲劳寿命差异不大，但HT-Inconel 600未因晶粒粗化而降低疲劳性能，这归因于应变控制条件下晶粒粗化降低了屈服强度，从而降低了每循环所需应力。所有材料均表现出循环硬化行为，且HT-Inconel 600的循环硬化最为显著。在滑移传递/阻塞方面，研究统计了约300个普通晶界和100个孪晶界的滑移事件。结果表明，当m′ > 0.6时，滑移倾向于跨过晶界或孪晶界传递；当m′ < 0.6时，滑移在界面处被阻塞。这一阈值低于单调拉伸条件下纯镍和镍基高温合金中报道的m′ > 0.8或0.75，说明疲劳条件下由于位错塞积产生的应力集中更高，因此能够在更大的取向差条件下驱动滑移传递。对于孪晶界，除m′判据外，滑移传递仅发生在扭转角θ = 0且κ < 35°（即Δb/b < 0.6）的情况下；当θ = 60°时，所有121个孪晶界均表现为滑移阻塞。在疲劳裂纹萌生方面，在15%疲劳寿命时三种材料中共发现195条裂纹，全部位于晶界或孪晶界，未观察到晶内裂纹。裂纹分为四类：沿普通晶界扩展的裂纹、在普通晶界萌生并沿滑移带扩展的裂纹、沿共格孪晶界（coherent twin boundary, CTB）扩展的裂纹以及沿非共格孪晶界（incoherent twin boundary, ITB）扩展的裂纹。统计显示，裂纹萌生概率随晶界取向差角增大而增加，在原始态Inconel 600和Hastelloy C276中，共格和非共格孪晶界的裂纹比例最高。然而，热处理态Inconel 600中，由于晶界上析出了富Cr碳化物，裂纹优先沿普通晶界萌生和扩展，孪晶界不再是优先位置。晶粒尺寸对裂纹萌生概率未见明显影响，这与沉淀强化高温合金中的报道相反。通过将裂纹位置与m′和取向差角联合绘图，作者发现所有裂纹萌生均发生在滑移被阻塞的晶界或孪晶界处，即m′ < 0.6的区域。

本研究的核心结论是：在固溶强化镍基合金的应变控制低周疲劳中，滑移传递/阻塞仍可用Luster-Morris参数m′进行预测，但疲劳条件下的临界值（0.6）低于单调加载条件；疲劳裂纹萌生始终为沿晶型，且发生在滑移被阻塞的高角度晶界和孪晶界处；晶粒尺寸对裂纹萌生概率影响不大，而界面取向差和局部滑移阻塞产生的应力集中是关键控制因素。该结果与沉淀强化镍基高温合金中裂纹优先沿与孪晶界平行的滑移带萌生的现象明显不同，作者将这种差异归因于两类合金中应变局部化程度的不同。固溶强化合金中滑移分布更均匀，不易在特定滑移带上形成强烈局部化，因此应力集中主要来自位错在界面处塞积；而沉淀强化合金中滑移带更强烈地局部化，导致损伤形核位置发生转变。这一发现对于理解多晶体材料疲劳损伤形核的微观机制具有重要科学价值，也为固溶强化镍基合金在工程应用中疲劳寿命预测和微观组织优化提供了新的判据和理论依据。

文章的亮点在于：系统地比较了两种固溶强化镍基合金在应变控制疲劳下的滑移传递和裂纹萌生行为，提供了较大样本量的统计分析；明确了疲劳加载下m′临界值较单调加载有所降低这一新现象；揭示了滑移阻塞诱发的界面应力集中是裂纹萌生的直接原因，并将这一机制与沉淀强化合金中的应变局部化机制进行了对比。此外，该研究在实验方法上将EBSD取向分析、SEM滑移迹线识别和多种探测器成像技术相结合，为后续类似研究提供了可借鉴的技术路线。