發(fā)布時(shí)間：2021-07-27 15:57

　　電氣化道路朝著重載、高速的方向快速發(fā)展,對(duì)接觸線材料的各項(xiàng)性能提出了更高的要求,而高性能的Cu-Cr-Zr合金作為新一代接觸線材料在高速鐵路網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用越發(fā)廣泛。但基于高鐵接觸線反復(fù)循環(huán)加載、大張力架設(shè)等實(shí)際服役環(huán)境,卻鮮有學(xué)者結(jié)合Cu-Cr-Zr合金的具體制備過(guò)程,對(duì)其不同狀態(tài)合金的低周疲勞行為進(jìn)行過(guò)深入研究。針對(duì)上述問(wèn)題,本論文以熱擠壓態(tài)Cu-Cr-Zr合金為研究對(duì)象,從冷變形及熱處理兩個(gè)維度出發(fā),系統(tǒng)研究了二者對(duì)所選材料室溫下的拉伸性能、低周疲勞性能的影響,并結(jié)合多項(xiàng)先進(jìn)檢測(cè)手段,主要做了以下幾方面的研究:一、探討了合金在形變及熱處理過(guò)程中的組織、性能（包括拉伸性能及低周疲勞性能）的演變規(guī)律;二、分析并明確冷變形和固溶—時(shí)效處理對(duì)低周疲勞壽命的影響,揭示疲勞壽命與各影響因素間的關(guān)系;三、對(duì)比評(píng)價(jià)不同狀態(tài)合金的低周疲勞行為,結(jié)合其不同外加總應(yīng)變幅下的疲勞斷口和循環(huán)變形組織,構(gòu)建了“加工工藝—微觀結(jié)構(gòu)—低周疲勞性能”間的關(guān)聯(lián)模型。隨著對(duì)熱擠壓態(tài)Cu-Cr-Zr合金施加冷變形量的增加,其拉伸強(qiáng)度不斷升高,但是低周疲勞壽命卻并非一定呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì),更大程度的冷變形可以顯著提高合金的過(guò)... 

【文章來(lái)源】：江西理工大學(xué)江西省

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同應(yīng)變幅下的循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)曲線

第一章緒論9工藝將線性梯度的晶粒尺寸引入TWIP鋼（得到GS樣品）。FG樣品相比于傳統(tǒng)CG樣品，晶粒大小更加細(xì)小均勻，而GS樣品是一種有著線性梯度晶粒的新型TWIP鋼，從材料心部至材料表面，晶粒尺寸不斷減小，而均勻性不斷增加。與原始粗晶CG樣品和細(xì)晶FG樣品相比，GS樣品表現(xiàn)出更強(qiáng)的循環(huán)硬化能力，更高的疲勞壽命以及循環(huán)飽和應(yīng)力，其結(jié)果如圖1.2所示。圖1.2CG，F(xiàn)G和GS樣品的LCF性能(a)總應(yīng)變幅與疲勞壽命之間的關(guān)系；(b)飽和應(yīng)力幅與疲勞壽命之間的關(guān)系Fig.1.2LCFpropertiesofCG,FGandGS.(a)Relationshipbetweentotalstrainamplitudeandfatiguelife;(b)dependenceoffatiguelifeonsaturationstressamplitude.事實(shí)上，除了晶粒尺寸可以影響材料的裂紋擴(kuò)展路徑外，晶界類型對(duì)疲勞性能的影響亦不可被忽視。例如，在加載過(guò)程中鋸齒狀晶界不會(huì)始終與受力方向垂直，二者所成角度是處于不斷變化的趨向，因而該類型晶界可以避免過(guò)度的應(yīng)力集中，降低了材料沿晶斷裂的傾向[64]。Wang[65]研究發(fā)現(xiàn)多晶體材料三叉晶界對(duì)材料性能影響較大，尤其是當(dāng)晶粒尺寸被細(xì)化至納米級(jí)時(shí)，基礎(chǔ)滑移線在低應(yīng)變幅變形下會(huì)在三叉晶界附近被阻斷，而當(dāng)應(yīng)變幅較高時(shí)，滑移線則沿著交界處的晶界兩端均勻分布，這個(gè)階段三叉晶界節(jié)點(diǎn)極易發(fā)生疲勞裂紋形核并且長(zhǎng)大。因此，理論上可以通過(guò)調(diào)控晶界類型來(lái)達(dá)到提高多晶體材料疲勞性能的目的。目前經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，在這一方向比較卓有成效的理論是“晶界工程”，該理論最早由日本知名學(xué)者Watanabe[66,67]于1984年提出，主要思路是：通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)男巫兗昂罄m(xù)的熱處理工藝，增加多晶體材料中特殊晶界的數(shù)量，進(jìn)而提高強(qiáng)韌性，改善材料的抗腐蝕能力、耐疲勞能力等。國(guó)內(nèi)做的比較深入的學(xué)者是中科院金屬所的盧柯院士，目前已經(jīng)?

第一章緒論11圖1.3不同織構(gòu)組分的疲勞裂紋擴(kuò)展的示意圖(a)高強(qiáng)度Goss織構(gòu)；(b)低強(qiáng)度Goss織構(gòu)+低強(qiáng)度Cube織構(gòu)Fig.1.3Schematicdiagramoffatiguecrackpropagationofdifferenttexturecomponents(a)High-intensityGosstexture;(b)Low-intensityGosstexture+low-strengthCubetexture1.5細(xì)晶材料低周疲勞的研究現(xiàn)狀過(guò)去幾十年里，由于細(xì)晶（FG）乃至超細(xì)晶（UFG）材料在室溫下具有超高強(qiáng)度，并且在較高溫度下具有“高”應(yīng)變率或“低溫”超塑性的潛力[84,85]，而受到了廣泛關(guān)注。但是直到九十年代后期，學(xué)者才對(duì)其循環(huán)變形和疲勞行為進(jìn)行了些許深入研究。最近，學(xué)者針對(duì)循環(huán)變形和疲勞性能的研究顯著增加，這對(duì)于UFG材料的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要，其研究主要集中在循環(huán)變形行為、疲勞失效以及潛在的微觀結(jié)構(gòu)演變機(jī)理上[86-91]，亦或影響疲勞裂紋擴(kuò)展的因素[92,93]。其中的代表人物包括Vinogradov[22,51,88]、Agnew[21,23]和Weertman[21]、Mughrabi[57,86,87]以及Hppel[24,89-91]。Hppel[24]此前通過(guò)ECAP手段開發(fā)了一種新型UFGAl-Mg合金，與傳統(tǒng)的再結(jié)晶CG狀態(tài)相比，其疲勞性能顯著提高，并且循環(huán)穩(wěn)定性與Mg含量成正比。然而，Hppel[94]的另一項(xiàng)研究表明，單純的細(xì)化晶粒并不一定能改善材料的LCF性能，因?yàn)椴牧系难诱剐栽诰Я＜?xì)化的同時(shí)也會(huì)逐漸降低。因此，經(jīng)過(guò)ECAP手段得到的材料后續(xù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に囂幚�，以改善材料的延展性和LCF性能。經(jīng)過(guò)SPD處理后的晶粒/亞晶粒邊界通常被視為相對(duì)較高能量的非平衡態(tài)邊界[95]，而且UFG材料的超高強(qiáng)度不僅與較低的晶粒尺寸有關(guān)，更普遍地歸因于極高的缺陷（位錯(cuò)）密度，從而保證了有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)位錯(cuò)湮滅的方式來(lái)降低系統(tǒng)總能量，以及將非平衡邊界轉(zhuǎn)換為更接近平衡的結(jié)構(gòu)并減小其總

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