電氣化道路朝著重載、高速的方向快速發(fā)展,對接觸線材料的各項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絡中的應用越發(fā)廣泛。但基于高鐵接觸線反復循環(huán)加載、大張力架設等實際服役環(huán)境,卻鮮有學者結合Cu-Cr-Zr合金的具體制備過程,對其不同狀態(tài)合金的低周疲勞行為進行過深入研究。針對上述問題,本論文以熱擠壓態(tài)Cu-Cr-Zr合金為研究對象,從冷變形及熱處理兩個維度出發(fā),系統(tǒng)研究了二者對所選材料室溫下的拉伸性能、低周疲勞性能的影響,并結合多項先進檢測手段,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—時效處理對低周疲勞壽命的影響,揭示疲勞壽命與各影響因素間的關系;三、對比評價不同狀態(tài)合金的低周疲勞行為,結合其不同外加總應變幅下的疲勞斷口和循環(huán)變形組織,構建了“加工工藝—微觀結構—低周疲勞性能”間的關聯(lián)模型。隨著對熱擠壓態(tài)Cu-Cr-Zr合金施加冷變形量的增加,其拉伸強度不斷升高,但是低周疲勞壽命卻并非一定呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,更大程度的冷變形可以顯著提高合金的過... 

【文章來源】：江西理工大學江西省

【文章頁數】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同應變幅下的循環(huán)應力響應曲線

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樣品和細晶FG樣品相比，GS樣品表現(xiàn)出更強的循環(huán)硬化能力，更高的疲勞壽命以及循環(huán)飽和應力，其結果如圖1.2所示。圖1.2CG，F(xiàn)G和GS樣品的LCF性能(a)總應變幅與疲勞壽命之間的關系；(b)飽和應力幅與疲勞壽命之間的關系Fig.1.2LCFpropertiesofCG,FGandGS.(a)Relationshipbetweentotalstrainamplitudeandfatiguelife;(b)dependenceoffatiguelifeonsaturationstressamplitude.事實上，除了晶粒尺寸可以影響材料的裂紋擴展路徑外，晶界類型對疲勞性能的影響亦不可被忽視。例如，在加載過程中鋸齒狀晶界不會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度的應力集中，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材料性能影響較大，尤其是當晶粒尺寸被細化至納米級時，基礎滑移線在低應變幅變形下會在三叉晶界附近被阻斷，而當應變幅較高時，滑移線則沿著交界處的晶界兩端均勻分布，這個階段三叉晶界節(jié)點極易發(fā)生疲勞裂紋形核并且長大。因此，理論上可以通過調控晶界類型來達到提高多晶體材料疲勞性能的目的。目前經過多年發(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者Watanabe[66,67]于1984年提出，主要思路是：通過選擇適當的形變及后續(xù)的熱處理工藝，增加多晶體材料中特殊晶界的數量，進而提高強韌性，改善材料的抗腐蝕能力、耐疲勞能力等。國內做的比較深入的學者是中科院金屬所的盧柯院士，目前已經?

第一章緒論11圖1.3不同織構組分的疲勞裂紋擴展的示意圖(a)高強度Goss織構；(b)低強度Goss織構+低強度Cube織構Fig.1.3Schematicdiagramoffatiguecrackpropagationofdifferenttexturecomponents(a)High-intensityGosstexture;(b)Low-intensityGosstexture+low-strengthCubetexture1.5細晶材料低周疲勞的研究現(xiàn)狀過去幾十年里，由于細晶（FG）乃至超細晶（UFG）材料在室溫下具有超高強度，并且在較高溫度下具有“高”應變率或“低溫”超塑性的潛力[84,85]，而受到了廣泛關注。但是直到九十年代后期，學者才對其循環(huán)變形和疲勞行為進行了些許深入研究。最近，學者針對循環(huán)變形和疲勞性能的研究顯著增加，這對于UFG材料的實際應用至關重要，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構演變機理上[86-91]，亦或影響疲勞裂紋擴展的因素[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ECAP手段開發(fā)了一種新型UFGAl-Mg合金，與傳統(tǒng)的再結晶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]的另一項研究表明，單純的細化晶粒并不一定能改善材料的LCF性能，因為材料的延展性在晶粒細化的同時也會逐漸降低。因此，經過ECAP手段得到的材料后續(xù)需要進行適當的退火工藝處理，以改善材料的延展性和LCF性能。經過SPD處理后的晶粒/亞晶粒邊界通常被視為相對較高能量的非平衡態(tài)邊界[95]，而且UFG材料的超高強度不僅與較低的晶粒尺寸有關，更普遍地歸因于極高的缺陷（位錯）密度，從而保證了有較強的驅動力通過位錯湮滅的方式來降低系統(tǒng)總能量，以及將非平衡邊界轉換為更接近平衡的結構并減小其總

【參考文獻】：
期刊論文
[1]應力控制下7075-T651鋁合金的疲勞斷裂行為[J]. 陳濤,趙路遠,李慧,黃俊,吳玉程.  機械工程材料. 2017(07)
[2]高強度織構對2524鋁合金疲勞性能的影響[J]. 魯璐青,劉志義,夏鵬.  粉末冶金材料科學與工程. 2017(03)
[3]織構對含鉺鋁合金疲勞裂紋擴展行為的影響[J]. 雷欣,聶祚仁,黃暉,文勝平.  機械工程材料. 2015(06)
[4]非真空熔鑄銅鉻鋯合金中的燒損和缺陷研究[J]. 翁遠輝,陳鋼,吳淵,李立鴻,羅宗強,張衛(wèi)文.  鑄造技術. 2013(08)
[5]新型熱軋納米析出強化超高強汽車板的疲勞性能研究[J]. 王曉南,杜林秀,邸洪雙.  機械工程學報. 2012(22)
[6]Cu-Cr-Zr系合金非真空熔鑄工藝研究[J]. 鄒彬,周文龍,胡建軍,陳國清,孫中剛,馬紅軍.  特種鑄造及有色合金. 2011(04)
[7]Ti-2Al-2.5Zr合金的高溫低周疲勞行為[J]. 王航,徐燕靈,孫巧艷,肖林,孫軍,葛鵬.  材料研究學報. 2010(02)
[8]金屬包申格效應的表征、影響因素與機理研究進展[J]. 張功庭,盛光敏,黃利.  材料導報. 2008(S3)
[9]時效析出對2E12鋁合金疲勞斷裂行為的影響[J]. 李海,鄭子樵,魏修宇,王芝秀.  中國有色金屬學報. 2008(04)
[10]擠壓態(tài)鎂合金ZK60的超高周疲勞行為[J]. 許道奎,劉路,徐永波,韓恩厚.  金屬學報. 2007(02)

博士論文
[1]Cu-Cr-Zr系合金微觀組織演變規(guī)律及合金元素交互作用機理的研究[D]. 彭麗軍.北京有色金屬研究總院 2014
[2]載流摩擦磨損試驗機的研制及滑板材料摩擦磨損和載流性能研究[D]. 李鵬.機械科學研究總院 2007
[3]材料疲勞裂紋擴展和斷裂定量規(guī)律的研究[D]. 王泓.西北工業(yè)大學 2002

碩士論文
[1]長期時效對GH4169合金組織演化及低周疲勞行為的影響[D]. 安金嵐.東北大學 2014
[2]超細晶Cu-Cr-Zr合金的制備與高溫變形研究[D]. 劉鋒.西安建筑科技大學 2014
[3]高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金成分組織性能研究[D]. 曹鈞力.合肥工業(yè)大學 2012
[4]銅合金接觸線低周疲勞性能研究[D]. 李克欣.大連交通大學 2011
[5]鋁合金時效成形微觀組織和性能及疲勞斷裂特征[D]. 孫志強.大連理工大學 2009
[6]低溶質Cu-Cr-Zr合金的微結構與性能[D]. 齊衛(wèi)笑.浙江大學 2002



本文編號：3306092