莫纳什大学工程师进行的一项全球首次研究表明，高强度铝合金的疲劳寿命提高了25倍，这对运输制造业而言是一个重大成果。

研究人员于今天（2020年10月15日，星期四）发表在《自然通讯》杂志上，证明高强度铝合金的疲劳性能差是由于被称为“沉淀自由区”（PFZs）的薄弱环节所致。

由澳大利亚莫纳什大学材料科学与工程学教授克里斯托弗·哈钦森教授领导的团队能够制造铝合金微结构，该微结构能够在运行时修复薄弱环节（即一种自修复形式）中国建材网cnprofit.com。

与当前最先进的合金相比，高强度铝合金的使用寿命可提高25倍。

铝合金是当今使用的第二流行的工程合金。与钢相比，它们重量轻（密度的1/3），无磁性且具有出色的耐腐蚀性。

铝合金对运输应用很重要，因为它们很轻，可以提高燃油效率。但是，与类似强度的钢相比，它们的疲劳性能非常差。

哈钦森教授说，在使用铝合金进行运输时，该设计必须补偿铝合金的疲劳极限。这意味着使用了比制造商想要的更多的材料，并且结构比我们想要的更重。

哈钦森教授说：“所有工程合金的故障中有百分之八十是由于疲劳引起的。疲劳是由于交变应力而引起的故障，在制造和工程行业中是很重要的。”

“想把金属回形针拿在手中，然后尝试弄碎金属。一个不能。但是，如果你以一种方式弯曲它，然后以另一种方式弯曲，来回往复多次，金属就会破裂。

“这是'疲劳破坏'，并且是运输应用中使用的所有材料的重要考虑因素，例如火车，汽车，卡车和飞机。”

疲劳失效会分阶段发生。替代应力会导致微塑性（由于应力而发生永久性变化），并在材料的薄弱环节处以可塑性局部化的形式积累损伤。

塑性定位会催化疲劳裂纹。该裂纹扩展并导致最终断裂。

研究人员使用市售的AA2024，AA6061和AA7050铝合金，在疲劳的早期循环中利用赋予材料的机械能来修复微观结构（PFZ）中的薄弱点。

这极大地延迟了可塑性的定位和疲劳裂纹的产生，并延长了疲劳寿命和强度。

哈钦森教授说，随着对节油，轻便，耐用的飞机，汽车，卡车和火车的需求不断增长，这些发现对于运输制造业可能是重要的。

他说：“我们的研究表明，在动态加载应用中，铝合金的微观结构设计发生了概念上的变化。”

“我们没有设计出坚固的微观结构，而是希望它在疲劳载荷期间尽可能长时间地保持稳定，我们意识到，微观结构会因动态载荷而发生变化，因此，我们设计了一种初始的微观结构（可能具有较低的静态强度），会发生变化，从而显着改善其疲劳性能。

“在这方面，对结构进行了培训，并采用了培训计划来修复可能代表薄弱点的PFZ。这种方法是通用的，可以应用于其他疲劳性能是重要考虑因素的含PFZ的沉淀硬化合金。