复合细化超细晶纯钛的低周疲劳行为

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文复合细化超细晶纯钛的低周疲劳行为专业：材料加工工程硕士生：张欠欠指导教师：刘晓燕副教授摘要纯钛的综合性能良好，作为结构材料，由于强度低，限制了其应用，为了提高纯钛的强度和疲劳寿命，进一步扩大其应用范围，本文采用ECAP+旋锻复合细化工艺制备超细晶纯钛。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、室温拉伸力学性能测试以及室温低周疲劳试验等方法，研究ECAP+旋锻复合细化超细晶纯钛在总应变幅为0.5%~1.1%范围内的室温低周疲劳行为。主要结论如下：纯钛经ECAP+旋锻复合细化工艺变形后，晶粒显著破碎，获得了平均晶粒尺寸约为

2、200nm的等轴状超细晶组织，其屈服强度为758MPa。对ECAP+旋锻复合变形的超细晶纯钛和原始纯钛进行了应变控制的室温低周疲劳试验，结果表明：超细晶纯钛的室温低周疲劳寿命是原始纯钛的2~3倍。超细晶纯钛和原始纯钛均随着总应变幅的增加，疲劳寿命减小，其塑性应变能增大。总应变幅与发生疲劳失效时载荷的反向次数(2Nf)之间的关系符合Manson-Coffin'公式。超细晶纯钛的疲劳延性系数ε大于原始纯钛。f在室温低周疲劳变形的过程中，当总应变幅为0.5%时，超细晶纯钛发生循环硬化，当总应变幅为0.6%~1.1%时，发生循环软化。在低周疲劳过程

3、中，因局部产生宏观塑性变形，故超细晶纯钛的循环应力与应变之间的关系不再呈现直线关系，符合低周疲劳的一般特征。超细晶纯钛的循0.08672环应力应变的具体表达式为：Δσ/2656.577Δε/2p超细晶纯钛的低周疲劳变形机理为位错滑移机理，在较低总应变幅下，疲劳断裂类型为混合断裂，在较高的总应变幅下，断裂方式为解理断裂。而原始纯钛在总应变幅较小时，其低周疲劳变形以位错滑移机理为主导；总应变幅较高时，其低周疲劳变形以孪生变形机理为主导。原始纯钛的疲劳断裂类型为混合断裂。关键词：超细晶；纯钛；ECAP；旋锻；低周疲劳西安建筑科技大学硕士学位

4、论文LowCycleFatigueBehaviorofUltra-finegrainedPureTitaniumProcessedbyECAPandRotarySwagingSpecialty:MaterialsProcessingEngineeringAuthor:ZhangQianqianSupervisor:A.P.LiuXiaoyanABSTRACTPuretitaniumhasgoodcomprehensiveproperties.Asastructuralmaterial,itsapplicationislimiteddueto

5、lowstrength.Inordertoimprovethestrengthandfatiguelifeofpuretitanium,ultra-finegrained(UFG)pureTiwasobtainedbyECAPfollowingwithrotaryswaging.Thelowcyclefatiguebehaviorsofcoarsegrained(CG)andUFGpureTiatroomtemperaturewereinvestigatedbytransmissionelectronmicroscopy(TEM),scan

6、ningelectronmicroscope(SEM),tensiletestandlowcyclefatiguetestwhichtotalamplitudeisinrangeof0.5%~1.1%atroomtemperature.Themainresultsoftheresearchareasfollows.TheCGTiwithequiaxedultra-finedgrains(anaveragegrainsizeofabout200nm)wasobtainedbyfourpassesofECAPandrotaryswagingat

7、roomtemperature.TheyieldstrengthofUFGpureTiis758MPa.ThestraincontrolledlowcyclefatiguetestwascarriedoutontheUFGCGpureTiatroomtemperature.TheresultsshowthatthelowcyclefatiguelifeoftheUFGpureTiis2~3timeslongerthanthatoftheCGpureTiatroomtemperature.Withtheincreaseofstrainampl

8、itude,thefatiguelivesofUFGandCGpureTidecrease,andtheplasticstrainenergyincreases.Therelat