梯度纳米结构能够有效避免结构特征尺寸突变引起的性能突变，使具有不同特征尺寸的结构相互协调, 使材料的整体性能和使役行为得到优化和提高。梯度纳米结构(GNS)材料具有优异的抗疲劳性能。目前，国内、外对(GNS)材料高温疲劳性能的研究鲜有报道。
浙江工业大学机械学院毛剑峰课题组研究了GNS 316L钢在650℃时的多尺度失效机制，并进行了不同应变幅度下的高温疲劳试验。对GNS材料的微观结构进行了观察，揭示了其疲劳损伤机制，并建立了晶体塑性力学模型，对其疲劳行为进行了多尺度数值模拟。实验结果表明，650℃下GNS 316L钢的强度仍高于粗晶粒(CG)316L钢。在应变疲劳载荷作用下，GNS 316L钢的疲劳寿命也高于CG钢。疲劳断裂结果表明，疲劳裂纹呈现混合扩展模式，在低应变幅下，GNS 316L钢的裂纹源从表面向次表面转移。数值结果直接反映了GNS表层对塑性滑移行为的影响。从多尺度的角度解释了，在650℃和应变控制循环加载下GNS 316L钢的疲劳失效机制。本研究发现了GNS 316L钢在高温下的强化机制和宏-微观多尺度的损伤演化规律，为其高温抗疲劳、寿命预测等方面提供了数据和方法支撑。
表面机械轧制处理(SMRT)试样制备现场及原理示意图
高温疲劳试验系统
应变控制疲劳试验后SMRT 316L钢的各种位错构型
SMRT 316L钢疲劳的多尺度数值模型、塑性滑移的分布轮廓
相关研究成果以“Research on multi-scale failure mechanism of gradient nanostructured 316L steel under strain-controlled fatigue at 650℃”为题于2023年12月发表在《国际疲劳杂志》（International Journal of Fatigue），浙江工业大学为第一单位，机械工程学院毛剑峰(博士生导师，副研究员)为第一作者和通讯作者。研究得到了国家自然科学基金面上项目(51975526)和国家重点研发计划项目(2018YFC0808800)的资助。
