超细晶纯钛的微动疲劳特性

发布时间：2021-08-23 17:26

　　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。 

【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2020,49(10)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

微动疲劳试验试样尺寸示意图

图2为不同循环应力下微动疲劳断口形貌图。观察发现，随着循环应力的增加，裂纹扩展区的面积增加（如黑色圈所示），断口平面也逐渐由光滑变为粗糙，而断口粗糙度又与裂纹扩展速率相关，断口形貌越粗糙，裂纹扩展速率越快，受力更加不稳定，加快了试样失效，也为试样的微动疲劳寿命随着循环应力的增加而减小提供了证据。2.2 微动接触面形貌分析

微动疲劳磨损区一般被分为3个区域：滑移区、混合区和黏着区。图3为超细晶纯钛的微动磨损区表面形貌。在断口附近发现微动斑（如图3a中白色圆圈所示），说明在微动疲劳过程中存在微动磨损，在微动块与试样接触边界处溢出的磨屑也证明了在试验过程中的确发生了微动运动。在微动磨损过程中，初期接触表面紧密接触，在法向载荷的作用下，粗糙峰彼此嵌入，产生较高的接触应力，发生黏着磨损。同时由于氧化的作用，塑性变形层逐渐变硬变脆，会有部分材料脱离试样表面形成磨屑。磨屑既可加剧磨损，又可减轻磨损。初期的磨屑处在试样与微动块之间，再加上法向载荷的作用，产生磨损。当磨屑积累到一定量的时候，可作为中间层将试样与微动块分开，减少两者之间的直接接触，减轻黏着磨损，形成磨粒磨损。在微动磨损区中观察到蚀坑形貌，且附着有大量的磨粒（如图3b中白色圆圈所示），也有磨屑脱落之后的凹坑（如图3b中黑色圆圈所示）。附着在接触面之间的磨屑颗粒，是由于接触区一直处于高应力状态，引发严重的磨粒磨损，形成蚀坑，易产生应力集中，从而加剧微动损伤，缩短超细晶纯钛的微动寿命。综上所述，超细晶纯钛的微动磨损机制包括磨粒磨损和疲劳接触，研究微动磨损对微动疲劳的防护技术（表面改性技术等）有着指导作用。例如，纯钛、钛合金经过氮离子注入后，其抗扭动微动疲劳性能得以提升。

【参考文献】：
期刊论文
[1]退火温度对ECAP+CR制备的超细晶钛组织及性能影响[J]. 乔珍,刘晓燕,赵西成,杨西荣,罗雷.  稀有金属材料与工程. 2017(09)
[2]钛合金TC11微动疲劳特性研究[J]. 石炜,温卫东,崔海涛.  机械科学与技术. 2014(03)
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本文编号：3358288