在远低于材料断裂强度的交变应力作用下，金属材料也可能出现裂纹甚至突然断裂，这种现象被称为材料的疲劳。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。金属材料中所存在的各种界面，包括晶界与孪晶界面，对材料疲劳损伤具有重要的影响。为揭示各种界面疲劳开裂机制，沈阳材料科学国家（联合）实验室材料疲劳与断裂研究部张哲峰研究组开展了长期的研究。他们发现大角晶界总是优先开裂，小角晶界不疲劳开裂，孪晶界的疲劳开裂倾向介于大角晶界和小角晶界之间。通过晶体学取向分析，他们提出了孪晶界面疲劳开裂的层错能与取向差判据。这些成果为深入了解金属的疲劳现象提供了重要的科学依据。

　　最近，张哲峰研究组设计并制备了一系列含有共格与非共格孪晶界面的铜双晶样品，旨在进一步揭示孪晶界面对疲劳开裂的影响。结果表明，共格孪晶界与加载轴夹角对其疲劳开裂具有决定性的作用。孪晶界面与应力轴夹角约在4525度时，滑移带集中在孪晶界附近，使疲劳裂纹沿孪晶界面优先萌生与扩展。如果孪晶界面近似平行或垂直于加载轴，则孪晶界附近的滑移带或完全穿过孪晶界（平行时），或在孪晶界附近受限（垂直时），使孪晶界相对滑移带更难于萌生疲劳裂纹。对于非共格孪晶界，如果力轴倾斜于孪晶界面，孪晶界不开裂而滑移带开裂。这是因为在循环加载时，一方面滑移带可以穿过孪晶界，而另一方面孪晶界本身在位错作用下也可以发生迁移，从而减缓了因位错撞击造成的损伤，表现出较强的抗疲劳开裂性能。上述研究结果发表在Acta Materialia, 61 (2013) 425、Scientific Reports, 4 (2014) 3744、Nature Communications, 5 (2014) 3536和Acta Materialia, 2014上。

　　以上关于界面疲劳开裂行为的研究结果表明，界面在变形过程中与滑移带的交互作用可以归结为两类：撞击型和剪切型。对于撞击型，界面开裂与否取决于位错被塞积的程度。界面处位错塞积越严重，界面越弱，反之亦然。对于剪切型，应变集中是界面的主要损伤机制。倾斜孪晶界面容易产生应变集中，因而更容易发生疲劳开裂。可见，与普通大角晶界不同，孪晶界面疲劳开裂行为具有明显的可控性，这为通过设计和控制孪晶界面来强韧化金属材料和提高其抗疲劳开裂阻力提供了可能。

　　上述研究工作得到尊龙凯时项目（基金资助号：51171191）的资助。