研究背景
工程领域中，疲劳是导致的材料失效主要原因之一，尤其在航空领域占到80%以上。材料的疲劳将引起灾难性的结构失效！镍基多晶高温合金IN718作为航空发动机涡轮盘的主要材料，由于苛刻的服役环境，会受到循环载荷的持续作用，进而发生低周疲劳失效，造成极大的经济损失和安全问题。因此，IN718低周疲劳失效机制的研究对航空航天领域具有重大意义。
由结构材料疲劳引起的大型事故
原位技术的必要性
对于IN718合金的低周疲劳已经进行了大量研究，但是先前的研究多采用离位表征的方式，重点关注不同变形条件下IN718合金的综合疲劳性能。离位表征很难获取IN718低周疲劳的变形过程，大多通过经验或半经验公式推导寿命，对材料本征特性关注较少，难以深入准确分析其变形机制。
合金材料疲劳损伤的发展过程
事实上，材料疲劳寿命80%消耗在与材料本征特性密切相关小裂纹萌生和扩展过程，且扩展速率与传统经验公式不符，无法得到有效预测。原位技术能够有效观察IN718合金的低周疲劳变形过程，得到疲劳过程中的小裂纹萌生和扩展的完整信息，同时获取表面滑移演变、晶格转动以及应变演化情况。结合原位方法获得的信息，可以深入分析IN718合金的低周疲劳变形机制。
应用实例
利用祺跃科技MINI-MFS1000原位疲劳测试装置，针对研究背景中的现存问题以及利用原位SEM-EBSD表征方法，设计了IN718合金低周疲劳的原位实验，研究了IN718合金低周疲劳变形过程中晶粒尺度上的组织演变。整个研究工作，系统研究了滑移形貌、施密特因子的演化、晶格转动和晶粒间塑性应变累积。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.04.143
▲（a）三种可能的疲劳裂纹源；（b）沿滑移带的疲劳裂纹；（c）沿滑移带的挤出物质
▲（a）表面裂纹长度；（b）裂纹扩展速率；
（c）-（h） 不同周次时的疲劳裂纹形貌
▲几何必需位错在不同周次时的分布
▲（a）区域一和（b）区域二的变形机制
结果表明，根据断裂机制的不同，可以将IN718合金室温低周疲劳变形行为分为两个区域。边缘区域：由驻留滑移带相关的塑性应变局部化主导，在晶粒内部沿驻留滑移带产生疲劳微裂纹，不同晶粒之间的微裂纹连接扩展。内部区域：与晶界塑性应变积累、应变不相容性以及位错相关的亚结构相关，不同晶粒之间的非均匀变形导致材料损伤积累，进而发生瞬间断裂。
该研究工作系统阐述了IN718合金的低周疲劳变形机制，对IN718合金构件的设计及加工提供了指导意见。根据上述的研究结论可以发现，边缘细晶组织以及内部粗晶组织的IN718合金构件应该具有较好的低周疲劳性能。