在國家自然科學基金項目（批準號：92463302、92163202）等資助下，中國科學院金屬研究所盧磊研究員團隊與海外科研人員合作在金屬結構材料使役行為研究方面取得進展，相關研究成果以“梯度結構鋼的優(yōu)異抗循環(huán)蠕變性能（Superior resistance to cyclic creep in a gradient structured steel）”為題，于2025年4月3日發(fā)表在《科學》（Science）上。論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt6666。

疲勞是金屬材料主要的失效形式之一，在承受循環(huán)應力或交變載荷的工程結構中表現(xiàn)尤為顯著。疲勞失效通常發(fā)生在遠低于材料屈服強度的應力水平下，具有突發(fā)性和隱蔽性，對工程結構安全構成了嚴重威脅。其中，循環(huán)蠕變（棘輪效應）是一種嚴重的疲勞變形機制，表現(xiàn)為非對稱應力循環(huán)與非零平均應力作用下循環(huán)塑性應變的單向累積，最終導致不可逆轉的結構破壞。傳統(tǒng)高強度材料常伴隨循環(huán)軟化和應變局域化現(xiàn)象，二者耦合加劇棘輪效應，加速構件過早疲勞失效。提高高強度金屬材料的抗循環(huán)蠕變損傷能力，已成為材料工程領域亟待解決的重大技術挑戰(zhàn)。

盧磊研究團隊與海外合作者共同提出了一種基于梯度位錯結構的高強度材料抗疲勞策略，通過在傳統(tǒng)304奧氏體不銹鋼中引入空間梯度序構位錯胞結構，成功實現(xiàn)了高強度與優(yōu)異抗循環(huán)蠕變性能的協(xié)同優(yōu)化。該策略使材料屈服強度提升了2.6倍；與具有相同強度的不銹鋼及其他合金相比，其棘輪應變速率降低了2-4個數(shù)量級（圖），突破了結構材料抗棘輪損傷性能難以提升的技術瓶頸。

這是該團隊繼在梯度位錯結構合金材料領域取得突破性進展（梯度位錯結構高強塑性機制，Science，2021；低溫超高應變硬化機制，Science，2023）之后，進一步實現(xiàn)了高強度與優(yōu)異抗循環(huán)蠕變性能的協(xié)同提升。梯度序構位錯結構作為一種具有普適性的強韌化策略，在多種工程合金材料中展現(xiàn)出廣闊的應用前景，將為極端工況下關鍵部件的長壽命和高可靠性服役提供重要的技術保障。