基于紅外熱像法的金屬高周疲勞性能研究.pdf

1、疲勞斷裂是工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞的主要失效形式，疲勞失效研究對(duì)于確定工程材料的疲勞壽命十分重要。傳統(tǒng)疲勞實(shí)驗(yàn)方法使用光滑試樣，單軸、恒幅的應(yīng)力條件下確定疲勞壽命。此方法得到Wolher曲線所需時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30天，至少需要13根試件。
　　 紅外熱像法具有無損、實(shí)時(shí)及非接觸等優(yōu)點(diǎn)，在科學(xué)研究中獲得了廣泛的應(yīng)用。疲勞熱像法作為紅外熱像法的研究方向之一，被用于快速獲取金屬疲勞性能，具有省時(shí)、省事的優(yōu)點(diǎn)，更是引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
　　

2、 本文中利用紅外成像技術(shù)，研究了443鐵素體不銹鋼、304奧氏體不銹鋼和AZ31B鎂合金在疲勞加載過程中的溫度變化，分析了三種材料溫度變化以及能量耗散的差異，并基于疲勞熱像法得到了三種材料的疲勞性能。
　　 疲勞加載作用下，304和443的溫度變化分為4個(gè)階段，分別為:階段Ⅰ-初始溫升階段，階段Ⅱ-溫度恒定階段，階段Ⅲ-溫度迅速上升階段，階段Ⅳ-溫度最后下降階段。但對(duì)于鎂合金，由于其加載過程中的加工硬化，溫度變化分為5個(gè)階段，階

3、段Ⅰ-初始溫升階段，階段Ⅱ-溫度下降階段，階段Ⅲ-溫度恒定階段，階段Ⅳ-溫度迅速上升階段，階段Ⅴ-溫度最后下降階段。
　　 晶體結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致金屬材料在外載作用下其塑性變形能力和能量耗散的差異。基于三種材料的溫度變化以及能量法可得到，疲勞加載過程中304奧氏體不銹鋼的能量耗散最大，443鐵素體不銹鋼次之，AZ31B鎂合金的能量耗散最小，這主要與三種材料常溫下的位錯(cuò)滑移有關(guān)。對(duì)于面心立方的304不銹鋼，在常溫下有12個(gè)滑移系，由于

4、面心立方晶體的滑移面較多和致密度較大，因此，304在疲勞過程中能量耗散最大。對(duì)于體心立方的443鐵素體不銹鋼，在常溫下同樣共有12個(gè)滑移系，但是由于443的堆垛層錯(cuò)能較高，斜交滑移系容易發(fā)生交滑移，刃位錯(cuò)的交滑移會(huì)造成位錯(cuò)的塞積，導(dǎo)致加工硬化，所以能量耗散較小。對(duì)于密排六方晶格的AZ31B鎂合金，在常溫下滑移系只有3個(gè)，因此能量耗散最低。
　　 基于疲勞熱像法快速得到了三種材料的疲勞極限和S-N曲線。傳統(tǒng)S-N曲線得到443疲勞