为了满足各层次读者的不同需求，这里单独列出一章刊登《颜鸣皋主要学术思想选萃》，供专业人员学习参考。
镍基合金的强化
1.合金化理论
首先，颜鸣皋与合著者陈学印根据镍和合金元素的原子半径、晶体结构和电子层构造，分析了各种合金元素的存在状态及强化序列，指出原则上能够与镍形成连续或有限固溶体的元素都有可能成为固溶强化的元素，是依靠加入原子引起晶体点阵的畸变实现合金强化的，所以合金元素的强化顺序与其点阵常数的增加顺序是一致的。但是为了提高合金的热强性必须考虑到形成固溶体时的一些不利的因素，如开始熔化温度与再结晶温度的降低，低熔点共晶体与不稳定化合物的形成等。经过研究和分析，初步确定出可以用来强化镍的合金元素主要有铍、碳、铝、硅、钛、钒、铬、锰、铁、钴、铌、钼、钽、钨等10余种元素。
如何充分利用固溶析出相又是当时高温合金研究的关键技术。当合金元素的加入量超过溶解度以后，铝、钛、铌、铍等能够与镍形成金属间化合物：Ni3Al，Ni3Ti，Ni3Nb，Ni3Be或复杂的（Ni，Cr）3（Al，Ti）等。在固溶分解过程中析出的这些化合物可导致基体的强化。其中以Ni3Al或Ni3（A1，Ti）型的沉淀相（通称为γ′相）具有最优良的强化效果。
对镍基合金René41相结构的研究发现共有九种相如Ni3（Al，Ti），Ni3Ti，Ni3A1，TiC，（Nb，Ti）C，M23C6，M6C，σ，μ或Laves相等。但是其中具有最高强度并保持有相当的成形与焊接性能的合金仍然是以Ni3（Al，Ti）为其强化相。像Hgg化合物（TiC，NbC）一般属于夹杂物性质对合金的强化作用不大，而Laves相主要是在一些铁镍基合金中长期时效的产物，对一般镍基合金的强化意义也不大，对一些复杂碳化物，如M23C6，M6C等，主要存在于晶界附近，对提高合金的热强性具有重要作用。颜鸣皋在文章中进一步指出，基于当时的研究背景，硼化物相结构及其对合金热强性的影响还需进一步开展研究。
颜鸣皋总结和梳理出的上述镍基高温合金化思路，对当时开展镍基合金材料研究具有重要的参考价值，并指明了下一步研究的总体方向。
2.固溶强化
在“固溶强化”章节，颜鸣皋清晰地归纳出在镍基合金中利用钴、铬、钨、钼、铌等元素固溶强化的三大作用：
（1）提高基体的再结晶温度，减缓基体中元素的扩散及基体与强化相之间的扩散过程；
（2）产生能够支持较高温度的原子集群，降低堆垛层错能，使大量溶质原子有可能在分解位错中集聚，使位错难以在晶体点阵中运动；
（3）通过加入多种元素使合金复杂化，充分发挥元素的强化效应，增强基体在应力下各阶段中的热稳定性及其对位错的阻碍作用。
通过总结国内外研究结果发现，在合金扩散系数与扩散激活性的变化与其热强性的变化有着对应关系这一物理因素影响的结论基础上，颜鸣皋进一步指出还应加强研究合金的结构因素（如显微组织、各种缺陷及第二相的形态与分布等）对控制高温合金热强性的作用。并引用大量研究数据，从结构的观点指出了固溶强化对提高合金的抗蠕变性能的三种作用机理：
（1）减少位错的活动性；
（2）溶质原子气氛对位错的钉扎作用；
（3）阻止位错的攀移，稳定位错列阵，减弱合金的回复。
3.沉淀强化
在“沉淀强化”章节，颜鸣皋总结了当时世界上对镍基合金时效析出Ni3（Al，Ti）沉淀相的结构与形态及其对合金性能的总体影响，并指出以下三大发展趋势：
（1）尽可能地提高铝与钛的总含量，增加γ′相的数量及其溶解温度，如近10年来铝与钛的总含量已由3%提高到10%左右。
（2）调整γ′相与基体的成分，减少两相之间的失调度，以保持低的界面能与更大程度的共格性。
（3）通过γ′相与基体的复杂合金化，增强二者之间的结合强度，降低两相之间的扩散过程，以阻止沉淀相的凝聚长大与提高γ′相的溶解温度。
同时，归纳了γ′相沉淀强化的位错理论，如Mott和Nabarro理论适合于沉淀相与基体呈共格状态的时效初期，Orowan与Fischer，Hart和Pry理论则适合于时效后期与弥散质点强化。但是这些理论对质点本身的性质与它们和基体间界面性质考虑得还不够充分，如沉淀相有序化、热稳定性、边界状态等因素的影响。
进一步总结了当时世界上对镍基合金除了以γ′相强化以外的氧化物质点弥散强化的研究新进展。如高碳镍基合金的碳化物可以显著地提高合金在1000℃以上的热稳定性与拉伸强度；在蠕变过程中沉淀出的新质点对降低第二阶段蠕变速率较形变前存在的质点更为有效；在铁基合金中利用连续析出两种以上的强化相作用；以及在沉淀发生的温度下形变，即所谓加工热处理，促使质点分布更为均匀等。
4.晶界强化
在“晶界强化”部分颜鸣皋指出研究晶界微量相形态及其局部合金化对提高镍基合金高温性能的重要意义。并在总结大量的文献资料后得出，晶界状态及其邻近区域内微量元素的吸附，微量相的形态与分布等对镍基合金高温持久强度与塑性有着较大影响的三大原因：
（1）在高温与低速形变下往往出现晶界断裂。利用微量相，如碳化物与γ′相质点等，在晶界上作均匀分布可以提高晶界强度。
（2）某些微量元素硼、锆与稀土元素等吸附在晶界附近造成局部合金化，减缓晶界附近的扩散过程及稳定晶界微量相形态，以阻止相的凝聚与长大以及晶界附近贫区的形成。
（3）一些低熔点杂质如铅、锑、铋、锡等，或气体吸附在晶界上将促使晶界在高温下强度与塑性的降低。
通过归纳总结合金晶界断裂空穴形成与集聚的三种机制（Zener型；陈志文和Machlin型；Gifkins-McLean型）以及空穴类型与蠕变断裂20
的关系，指出采用加入一定量的硼和微量锆等来阻止晶界微量相与空穴的聚集与长大，从而强化了晶界，提高抗蠕变与持久性能等积极作用；同时指出像铅、锑、铋、锡低熔点杂质元素因弱化晶界强度应严格控制在十万分之几以内的含量等指导思路。
（节选自《镍基合金的强化》，颜鸣皋，陈学印，《金属学报》，7/3，1964，307）
疲劳裂纹扩展的微观机制
颜鸣皋在文章中首先论述了金属疲劳裂纹扩展的四阶段或三阶段扩展过程特点。对薄板试样，裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅值ΔK的半对数曲线中曾出现一转折点，该转折点一般位于10-3~10-4mm/周的范围内，并在断口上出现剪切唇，即可以根据由平面断口（平面应变状态）向剪切斜断口（平面应力状态）过渡的边界加以划分。对厚板试样的裂纹扩展可分为①结晶学扩展（第Ⅰ阶段）；②宏观平断口（第Ⅱ阶段）；③宏观斜断口（单边或双边）；④最终断裂（平面或斜断口）等四个阶段。
同时指出，典型的疲劳裂纹扩展宜分为三个阶段：即在极低的扩展速率下，da/dN<；10-5mm/周，为非连续扩展区，呈现一种结晶学形态的小平面型的显微断口；当da/dN>；10-5mm/周时，为连续扩展区，断口形态以疲劳为主；当da/dN>；10-3mm/周时为“静力”型扩展区，断口形态则以韧窝、晶间断裂或纤维状断裂为主。整个da/dN-ΔK曲线可以近似地以S形连续曲线描述之。
在此基础上，颜鸣皋进一步全面总结了疲劳裂纹扩展的切应变型与正应变型两大物理模型。
对切应变型（第Ⅰ阶段）扩展机制，又可大体上分为持续滑移、范性钝化和再生核三种物理模型。其中，①持续滑移模型主要以持续滑移带集中滑移、滑移带内具有较高应变幅值、高密集位错胞状组织、沿持续滑移面解理断裂等为主要特征；②范性钝化模型主要以裂纹扩展限制在一个晶粒大小量级、每一加载周期中的裂纹延伸是以滑移带的加宽来实现、是一种范性弛豫过程等特征；③再生核模型则以裂纹尖端前方塑性区内出现的一些滑移带裂纹的连续再生核过程或位错交叉滑移机制为特征。
对正应变型扩展机制，又可以归纳为双滑移、范性钝化与脆性-范性交替等三种模型。其中，①双滑移模型则以裂纹成长或疲劳条纹形成是由于裂纹尖端位错的流入或滑出为成因；②范性钝化模型则以第Ⅱ阶段裂纹扩展反复钝化与锐化交替为特征，每一个钝化-锐化过程中，裂纹前端不断向前延伸并在断口上留下一条痕迹，即所谓疲劳条纹。后来Wanhill和Tomkin又提出了多次流变带形成和切变过程模型，从而形成疲劳条痕间的亚条痕形成；③脆性-范性交替模型则以主裂纹前方显微空隙或微裂纹逐渐形成空洞并与裂纹尖端金属逐渐减薄，最后与主裂纹连接为特征，这一模型很好解释了存在夹杂物、脆性相以及一些高应力集中区等缺陷时裂纹扩展的韧窝、穿晶与晶间断裂等现象。
除上述切应变型和正应变型裂纹扩展的物理模型外，也有从裂纹尖端的能量平衡观点来考虑裂纹扩展临界值问题的。
根据上述疲劳裂纹扩展切应变型和正应变型的六种物理模型来看，可基本上归纳为三大类别：即滑移机制、范性钝化机制与再生核机制。颜鸣皋带领刘才穆和欧阳杰等为代表的研究团队成员通过大量研究，总结出了疲劳裂纹扩展的微观机制。
1.疲劳裂纹扩展的力学方程
颜鸣皋通过分析自20世纪30年代以来世界上曾经采用的疲劳裂纹扩展半经验公式及其适用性，并在人们所熟知的工程设计寿命估算中应用较多的Paris公式基础上，提出发展和完善疲劳裂纹扩展的力学方程需要具备两个重要条件：一是需要一个能够确切描述裂纹扩展的真实模型；二是需要有一个数学方程来表达该模型的分析方法，从而可以推导出一个定量的关系。为此，自从60年代中期以来，人们利用上述一些物理模型，采用位错连续分布理论和连续弹-塑性力学的分析方法，曾推导出一些半经验式和解析式的数学方程。
为了进一步描述和解释航空材料疲劳裂纹扩展机理，颜鸣皋综述了几个典型的并取得一些试验验证的疲劳裂纹扩展的解析方程实例，应用在航空材料疲劳和寿命预测的实际应用中。并指出，这些疲劳裂纹扩展方程都是以位错理论和连续力学为基础发展起来的，从推导的方法来划分，可分为半经验式和解析式两大类。其中半经验方程大部分是由Paris公式和Forman公式引申出来，由于上述方程形式较简单，在扩展中考虑了平均应力的影响，也联系到一些材料的断裂性能，在工程设计中得到较为普遍的采用。解析式方程的特点在于结合一些材料的基本性质，如E，G，σy，σu等，较为密切，并根据采用不同的物理模型和解析途径，方程中的DK或K的指数为2或4，目前在描述裂纹扩展的全过程方面也取得一些初步成果。
2.影响疲劳裂纹扩展的一些因素
颜鸣皋在分析材料疲劳裂纹扩展的断裂力学和断裂物理过程基础上，进一步考察了影响疲劳裂纹扩展的显微组织、平均应力和介质环境等断裂化学因素对裂纹扩展各阶段的影响，为修订和定量估计出不同载荷与环境因素共同作用下各段的裂纹扩展行为提供全面的参考依据。