利用自行設(shè)計的微動疲勞試驗夾具研究超細晶純鈦在柱面-平面接觸下的微動疲勞特性,分析循環(huán)應(yīng)力對其微動疲勞壽命的影響。通過觀察接觸區(qū)磨損和斷口形貌,分析其微動損傷機制。結(jié)果表明,當(dāng)法向載荷不變時,超細晶純鈦的微動疲勞壽命隨著循環(huán)應(yīng)力的增加而減少,比常規(guī)疲勞壽命更低。微動疲勞裂紋于接觸區(qū)邊緣萌生,磨損區(qū)破裂嚴重且附著有磨粒,在磨粒磨損作用下加速了試樣的疲勞失效。斷口同時呈現(xiàn)出疲勞形貌和微動形貌,形貌從平滑轉(zhuǎn)向粗糙直至斷裂,裂紋由小變大,裂紋擴展速率也逐漸增加,且在裂紋擴展區(qū)存在二次裂紋;由于受力不均,在裂紋擴展區(qū)與斷裂區(qū)之間存在山脊?fàn)钚蚊病?nbsp;

【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2020,49(10)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

微動疲勞試驗試樣尺寸示意圖

圖2為不同循環(huán)應(yīng)力下微動疲勞斷口形貌圖。觀察發(fā)現(xiàn)，隨著循環(huán)應(yīng)力的增加，裂紋擴展區(qū)的面積增加（如黑色圈所示），斷口平面也逐漸由光滑變?yōu)榇植�，而斷口粗糙度又與裂紋擴展速率相關(guān)，斷口形貌越粗糙，裂紋擴展速率越快，受力更加不穩(wěn)定，加快了試樣失效，也為試樣的微動疲勞壽命隨著循環(huán)應(yīng)力的增加而減小提供了證據(jù)。2.2 微動接觸面形貌分析

微動疲勞磨損區(qū)一般被分為3個區(qū)域：滑移區(qū)、混合區(qū)和黏著區(qū)。圖3為超細晶純鈦的微動磨損區(qū)表面形貌。在斷口附近發(fā)現(xiàn)微動斑（如圖3a中白色圓圈所示），說明在微動疲勞過程中存在微動磨損，在微動塊與試樣接觸邊界處溢出的磨屑也證明了在試驗過程中的確發(fā)生了微動運動。在微動磨損過程中，初期接觸表面緊密接觸，在法向載荷的作用下，粗糙峰彼此嵌入，產(chǎn)生較高的接觸應(yīng)力，發(fā)生黏著磨損。同時由于氧化的作用，塑性變形層逐漸變硬變脆，會有部分材料脫離試樣表面形成磨屑。磨屑既可加劇磨損，又可減輕磨損。初期的磨屑處在試樣與微動塊之間，再加上法向載荷的作用，產(chǎn)生磨損。當(dāng)磨屑積累到一定量的時候，可作為中間層將試樣與微動塊分開，減少兩者之間的直接接觸，減輕黏著磨損，形成磨粒磨損。在微動磨損區(qū)中觀察到蝕坑形貌，且附著有大量的磨粒（如圖3b中白色圓圈所示），也有磨屑脫落之后的凹坑（如圖3b中黑色圓圈所示）。附著在接觸面之間的磨屑顆粒，是由于接觸區(qū)一直處于高應(yīng)力狀態(tài)，引發(fā)嚴重的磨粒磨損，形成蝕坑，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而加劇微動損傷，縮短超細晶純鈦的微動壽命。綜上所述，超細晶純鈦的微動磨損機制包括磨粒磨損和疲勞接觸，研究微動磨損對微動疲勞的防護技術(shù)（表面改性技術(shù)等）有著指導(dǎo)作用。例如，純鈦、鈦合金經(jīng)過氮離子注入后，其抗扭動微動疲勞性能得以提升。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3358288