ECAP%2B旋锻变形制备超细晶纯锆的低周疲劳行为研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文ECAP+旋锻变形制备超细晶纯锆的低周疲劳行为研究专业：材料加工工程硕士生：张文艳导师：杨西荣教授摘要本文采用等径弯曲通道（EqualChannelAngularPressing，简称ECAP）+旋锻（Rotaryswaging,简称RS）变形对纯锆进行处理得到超细晶纯锆，采用轴向对称应变控制方法，在电液伺服疲劳试验机上对粗晶纯锆和超细晶纯锆分别进行低周疲劳试验，获得了低周循环应力响应特征、应变-寿命及滞后回线；采用TEM及SEM对试样进行微观组织观察及断口扫描，经对比分析获得如下的主要研究结果。ECAP+旋锻变形制备的超细晶试样的疲劳寿命明

2、显增加，其疲劳寿命是粗晶纯锆的2~4倍。粗晶及超细晶纯锆的疲劳寿命均遵循Coffin-Manson关系式：∆εp2=εf'(2Nf)c。同一循环次数下，超细晶纯锆的应变幅小于粗晶纯锆的应变幅。通过扫描电子显微镜观察分析两种不同晶粒尺寸纯锆的断口特征发现，当低周疲劳的总应变幅较小时，裂纹萌生于试样表面，当总应变幅大时，裂纹萌生于材料内部。粗晶纯锆宏观断口平齐且与正应力相垂直，超细晶纯锆剪切面方向与拉伸轴线近似45°，断口表面凹凸不平。在裂纹扩展区，裂纹由缓慢扩展向不稳定扩展转化，并存在多条与裂纹扩展方向一致的放射线条，并且局部区域有明显的二次裂纹。在瞬断区，超细晶纯锆存在

3、大量韧窝。用透射电子显微镜观察疲劳试样的微观组织，分析发现纯锆只有部分晶粒发生了塑性变形，且晶粒之间的塑性变形程度不同。随着应变幅的增加，晶粒的塑性变形程度随之增加，发生塑性变形的晶粒所占的比例也相应增加。对比不同晶粒尺寸的纯锆的低周疲劳行为，分析得出：超细晶纯锆寿命长，疲劳过程中有明显的“棘齿效应”。关键词：超细晶纯锆；低周疲劳；循环软化及硬化；疲劳寿命；疲劳断裂西安建筑科技大学硕士学位论文LowCycleFatigueBehaviorofUltrafinegrainedCP-ZrProcessedbyECAPandRSSpecialty：MaterialsProce

4、ssingEngineeringAuthor：ZhangWenyanSupervisor：Prof.YangXirongABSTRACTThestraincontrolledlow-cyclefatigue(LCF)testsofultrafine-grainedcommercialpurityzirconium(UFGCP-Zr)processedbyequalchannelangularpressingandrotaryswaging(ECAP+RS)andcoarsegrainedcommercialpurityzirconium(CGCP-Zr)werecarr

5、iedoutatroomtemperature(RT)underthedifferenttotalstrainamplitudes.TheLCFtestswereperformedunderfullyreversedtension/compressiononaclosed-loopservo-hydraulicfatiguetestingmachine.Thedifferenttotalstrainamplitudesareintherangeof4×10-3~1.2×10-2.Thecharacteristicsoffatiguecyclestressandstrai

6、nresponse(CSS),fatiguelivesandhysteresisloopaftercyclicloadingwereinvestigated.Thefatiguefracturesurfacesandfatiguemicrostructureswereobservedusingscanningelectronmicroscopy(SEM)andtransmissionelectronmicroscope(TEM).Themainresearchresultsareasfollows.ComparedwithCGCP-Zr,thefatiguelifeof

7、UFGCP-Zrareobviouslyenhanced.ThefatiguelifeoftheUFGCP-Zris2~4timeslongerthanthatoftheCGCP-Zr.ThefatiguelivesinallthestrainamplitudesfollowtherelationshipofCoffin-Manson:∆ε୮2=ε୤′(2N୤)ୡ.Thenumberofcyclesdecreaseswiththetotalstrainamplitudeincreasing.ThestrainamplitudeofUFGC