应变比对复合细化超细晶纯钛低周疲劳行为的影响

采用等径通道弯曲挤压(equal channel angular pressing,ECAP)+旋锻(rotary swaging,RS)技术制备超细晶(ultra-fine grained,UFG)纯钛,细化后晶粒尺寸达到纳米级。在室温下对超细晶纯钛实施应变比分别为-1、-0.5、0.5的应变控制低周疲劳试验,通过TEM对微观组织观察。研究了应变比对材料循环硬化软化特性、循环应力应变关系及疲劳寿命的影响。结果表明,应变比增大使得超细晶纯钛循环硬化现象更为显著,应变比越大超细晶纯钛低周疲劳寿命越低。低周疲劳高应变比情况下亚晶晶粒尺寸小,数量多,阻碍位错运动,使得材料发生循环硬化。

超细晶纯钛的微动疲劳特性

利用自行设计的微动疲劳试验夹具研究超细晶纯钛在柱面-平面接触下的微动疲劳特性,分析循环应力对其微动疲劳寿命的影响。通过观察接触区磨损和断口形貌,分析其微动损伤机制。结果表明,当法向载荷不变时,超细晶纯钛的微动疲劳寿命随着循环应力的增加而减少,比常规疲劳寿命更低。微动疲劳裂纹于接触区边缘萌生,磨损区破裂严重且附着有磨粒,在磨粒磨损作用下加速了试样的疲劳失效。断口同时呈现出疲劳形貌和微动形貌,形貌从平滑转向粗糙直至断裂,裂纹由小变大,裂纹扩展速率也逐渐增加,且在裂纹扩展区存在二次裂纹;由于受力不均,在裂纹扩展区与断裂区之间存在山脊状形貌。

超细晶工业纯钛在3.5%NaCl溶液中的高周疲劳

采用Instron-8801型电液伺服疲劳实验机对复合细化工艺制备的超细晶工业纯钛进行高周腐蚀疲劳实验,实验条件为水浴恒温(17.9±0.5)℃,3.5%NaCl(pH=8.1±0.2),加载频率(f)=25 Hz、应力比(R)=-1。利用得到的实验数据拟合实验加载应力幅(σ_(a))与疲劳断裂循环周次(Nf)间的关系,绘制应力-寿命曲线(S-N曲线)。研究材料的腐蚀疲劳性能,并对腐蚀疲劳宏观断口形貌进行观察分析。结果表明:在3.5%NaCl溶液中,超细晶工业纯钛的腐蚀疲劳极限值(σ_(-1))为403.1 MPa(44.35%)。与常规疲劳相似,随着加载应力的增加,材料的疲劳断裂循环周次急剧减小,并与常规超细晶工业纯钛和粗晶工业纯钛相比较,发现细晶强化极大地提高了材料的疲劳极限。腐蚀疲劳裂纹源萌生于材料表面,可以直观地观察到材料腐蚀疲劳裂纹的萌生、扩展、断裂典型区域的特征。断口表面较为平整光滑,观察发现有大量的疲劳辉纹和少量的二次裂纹。材料具有较强的疲劳裂纹扩展抵抗能力,耐腐蚀疲劳性能优良。