《论文_超细晶铜的疲劳损伤研究(定稿)》

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1、纳米级晶粒无氧铜的疲劳损伤研究SeungZeonHani,MasahiroGoto?,ChayongLimi,ChangJooKimlandSangshikKimsI能源材料研究屮心，韩国机械学院及韩国昌原材料有限公司2fi本人分人学机械工程系，n本3庆尚国大学纳米材料科学与工程研究屮心，晋州，庆南，韩国摘要：为了了解超细晶粒铜的疲劳行为，对其进行了旋转弯川I疲劳实验，沿Be路线通过4到8次等通道转角挤圧(ECAP)(经过每次挤压，坏料绕其纵轴旋转90度)后,就形成了直径约300纳米的晶粒。可以看到，在不同循环应力下

2、的疲劳表面形态差异显著。为研究表面损伤过程的形成，利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)连续监测循环应力下表面损伤的形态变化。结果表明，ECAP处理的铜表面形貌由于在循环应力作用下产生的损伤积累而发生大幅度的变化。1前言为了提高铜的强度，常用的做法是往里面添加合金元素，然而，这种方法会使其导电性和延展性下降。为了克服这些常规处理下的固有缺陷，我们开发了一种全新的铜材料，即通过强烈塑性变形法来细化铜晶粒，如ECAP过程，细化铜晶粒是再结晶和强塑性变形共同作用的结果。对于铜和铜合金来说，通过ECAP［2,3］可以得到平

3、均尺寸为200到300纳米的晶粒。使用超细品粒材料做机器设备的一部分结构，将会很容易发现这种疲劳特征。冃前只有少量的报告已经发表了关于ECAP14,5］实验后超细颗粒材料的疲劳特性。在本研究中，做了ECAP处理后的晶粒尺人约在300纳米的铜的疲劳实验。为了阐明疲劳机制，特别是经过ECAP后铜的疲劳损伤机制，我们连续检测了其表面形态。通过显微组织观察每个样本，探讨了超细品粒铜的表面损伤积累。表1ECAP处理后铜样品的力学性能实验次数屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)延伸率(％)维式硬度0632325163131933

4、925128435841321138837042924145a)After1passofECAP(c)After8passesofECAP(b)After4passesofECAP图1ECAP处理铜的TEM显微组织2实验过程本研究所用的原材料为纯度99.99%的无氧铜，ECAP实验前，先对具进行时间1小时温度为500度的退火。通过Be路线重复完成ECAP实验（经过每次冲压，坏料绕其纵轴旋转90度），在室温下ECAP处理4到8次。ECAP实验后，可以观察到其微观结构的变化，同时可测量其和关的力学性能。用光学显微镜和SE

5、M来观察试样表面的疲劳损伤。图2退火铜和ECAPed铜的疲劳曲线3结果与讨论表1显示了铜样木退火后ECAP实验次数与力学性能的关系。0次的试样代表退火铜没有进行ECAP实验。图1显示了样木（a）,（b）,（c）试样的典型SEM显微纽.织和其相匹配的SADP（选区衍射模式）（屮心地区，直径约1番）。图2显示了试样退火后不同ECAP次数（4次或8次）下的疲劳曲线，一般疲劳极限为107Mpa,对普通粒度的金属而言，"V与抗拉强度在静态下大致成比例。然而经ECAP处理后的铜与退火铜的ow稍界，尽管如此ECAP处理后的铜抗拉强

6、度是退火铜的1.8倍。当应力超过应力疲劳时，ECAP处理的试样疲劳寿命（周期应力下失效时的次数）比退火试样的要长，另外不同的是其疲劳寿命随应力幅度的增大而增加。一般疲劳极限取决于金属的屈服强度，而在木次研究屮可看到超细晶粒铜的屈服强度。图3随着OM显微组织表面损伤循环F(a)与(b)的表面硬度变化图3表明经4次和8次ECAP处理后的试样表面硬度分别在施120MPa和240Mpa压力下的变化，第一阶段在周期性应力下，表面硬度不变，然而随着受损区域的增加，表面硬度下降，随着试验次数的增加而受损区域附近断裂，整个表面区域可

7、观察到疲劳损伤。经过ECAP处理后铜的表面形态在周期应力作用下不同于追火铜，退火铜的疲劳损伤局部起源于滑移带。4结论实验结果表明，ECAP处理后的超细铜的疲劳行为在本质上不同于一•般的铜。尽管其静态拉伸强度是普通铜的1.8倍，但不能观察到到其疲劳极限应力的增加。尽管在高应力下超细化晶粒对疲劳寿命的提高有所贡献，但在表面损伤区増加循环应力时，在低应力下就会引起表面硬度和疲劳寿命的下降。木研究表明，通过ECAP处理后形成超细晶粒的纳米无氧铜很容易产生疲劳损伤。参考文献[1]V.M.Segal//Mater.Sci.Eng

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