图文摘要
简单：晶界滑移位移=0.22×应变×晶粒尺寸（0.22是一个具有明确物理意义的参数，详见下文）
适用范围：涵盖39种不同晶体结构和合金成分的材料，晶粒尺寸：纳米-毫米，应变：0.1%-161%
研究背景
晶界滑移（GBS）是多晶金属和合金中的一种基本塑性变形机制，对材料的力学性能，如蠕变、超塑性、强度和延展性，有着显著的影响。这些性能对航空航天、汽车、核能（例如，用于乏核燃料的铜罐）和发电等行业中使用的各种合金至关重要。自1913年晶界滑移概念提出以来，迄今已有100多年的研究历史，但仍存在一些难题。例如：晶界滑移的表征方法多样，缺乏统一的方法；应力、温度、亚结构等复杂因素都会影响晶界滑移，但其影响机制不明确。研究对象
如表1所示，该研究构建的数据集涵盖70年（1953-2023）的研究成果，涉及39种不同材料，包括纯金属 (Fe、Al、Mg、Cu、Zn)及其合金、各类钢 (铁素体钢、奥氏体钢) ，氧化锆等。晶粒尺寸范围从纳米级到毫米级。基于以下两个模型，评估不同变量、材料种类和合金成分、力学行为等对晶界滑移的影响。基于蠕变机理模型的原则，该研究构建了晶界滑移理论模型，所有参数均具有明确的物理意义。模型的详细推导过程请参考原文，最终模型如下:其中μgbs为晶界滑移（GBS）位移，dg为晶粒尺寸，ε为应变。hs=0.22为与应变增强因子和晶粒几何相关的系数。在晶界滑移的分析模型中，综合考虑了应力、温度、应变、晶粒尺寸、亚晶粒尺寸、应力指数、蠕变速率等变量。通过构建7种变量组合，并结合软约束贝叶斯正则化神经网络 (SCBRNN) 和统计分析方法，确定模型参数。图1. SCBRNN对所有实验数据的拟合结果，其中的过拟合曲线为BRNN无约束拟合结果，SCBRNN为物理信息贝叶斯正则化神经网络。
研究发现
该研究汇编的晶界滑移数据集涵盖了广泛的材料（铁、铁素体钢、奥氏体钢、铝、镁、铜、锌及其各自的合金）、晶粒尺寸（0.066-3250 μm）、应变水平（0.1-161%）和变形行为（蠕变、拉伸和超塑性）。
提出了统一的晶界滑移表征方法，将所有测量结果转换为沿应力轴的GBS位移，实现了不同来源的实验数据的有效整合和比较。
分析了不同变量、合金成分、力学行为等对晶界滑移的影响。揭示了应变和晶粒尺寸是影响晶界滑移的主要因素，并建立了晶界滑移理论模型。晶界滑移位移=0.22×应变×晶粒尺寸（0.22是与应变增强因子和晶粒几何相关的系数）。
该模型可有效预测晶界滑移，并已成功用于预测蠕变孔洞的形成和长大。
图2. 基于晶界滑移理论模型预测所有材料在不同条件下的晶界滑移位移（左图），及其相应的预测值与实验数据的回归图（右图）。
研究意义
该研究通过构建晶界滑移数据库和建立理论模型，为晶界滑移研究提供了数据和理论支持。有助于理解材料的变形行为，并为晶界滑移及力学性能的评估提供参考。
未来研究方向
这项工作的第一作者兼通讯作者是杭州电子科技大学的副研究员贺君敬。瑞典皇家理工学院的Rolf Sandström院士是该论文的第二作者兼共同通讯作者。Rolf Sandström，瑞典皇家工程院院士，瑞典皇家理工学院荣誉教授。蠕变研究领域的国际知名专家。他潜心蠕变研究五十余载，开创性地提出了蠕变基础理论模型，在高温金属结构材料的蠕变断裂和残余蠕变寿命评估与预测方面做出了重要贡献。他著有500多篇出版物，其中他在80岁时独立撰写的《金属材料蠕变基础理论与模型》更是凝聚了他毕生心血，是蠕变预测领域的奠基之作。贺君敬，杭州电子科技大学副研究员，博士毕业于瑞典皇家理工学院，师从Rolf Sandström院士。他致力于金属结构材料蠕变理论研究13年。发表了30多篇学术出版物。他的主要研究方向：高温金属结构材料的蠕变机理模型、蠕变寿命评估和预测等。Jun-Jing He, Rolf Sandström, Shuai-Rui Lü, Pavel Korzhavyi, Jing Zhang, Hai-Ying Qin, Jia-Bin Liu, Predicting grain boundary sliding in metallic materials, Acta Materialia 286 (2025) 120718. doi: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.120718
6. Rolf Sandström院士的著作链接（可免费下载）：https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-031-49507-6
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