工業(yè)純鐵和Fe-Cr合金單晶體的單向及循環(huán)變形行為研究.pdf

1、為了豐富人們對體心立方(BCC)結構金屬材料力學行為的認識，本論文工作考察了工業(yè)純鐵和Fe-35 wt.％ Cr合金單晶體在單向及循環(huán)載荷下的塑性變形行為，重點探討了工業(yè)純鐵中預存在的晶界孔洞和Fe-Cr合金單晶體中富Cr顆粒對材料變形及損傷行為的影響，得到如下主要結論。
　　對含晶界孔洞的粗晶工業(yè)純鐵在室溫和空氣的條件下，在不同應變速率下(1.0×10-5 s-1～1.0×10-2 s-1)進行單向拉伸變形測試發(fā)現(xiàn)，隨著應變速率

2、的增加，屈服強度和抗拉強度正常地增加，但是延伸率卻反常地增加。通過與其它出現(xiàn)類似反?，F(xiàn)象的材料進行比較分析得出，當前材料的應變速率對延伸率的反常影響與原始材料中預存在的晶界孔洞有關。隨著應變速率的增加，晶界孔洞沿著加載方向的延展變形對延伸率的貢獻越顯著，這可能是引起當前材料反常應變速率和延伸率關系的主要原因。
　　在恒總應變幅控制△εt/2條件下對含晶界孔洞粗晶工業(yè)純鐵的疲勞變形行為進行測試表明，其在不同△εt/2下均發(fā)生了不同程

3、度的循環(huán)硬化現(xiàn)象，無循環(huán)飽和階段出現(xiàn)。疲勞壽命與塑性應變幅△εpl/2的關系基本符合Coffin-Manson法則。循環(huán)變形的表面變形特征與外加△εt2具有一定的相關性:隨著△εt/2的增加，滑移變形及其導致的擠出侵入現(xiàn)象更為嚴重，滑移開裂更趨顯著;越來越多的原來位于晶界上的微觀孔洞發(fā)生扭曲變形、聚合、長大而產生裂紋，甚至導致沿晶開裂。疲勞斷口均由裂紋源區(qū)（脆性的疲勞條紋、二次裂紋以及解理臺階或解理小面）、裂紋擴展區(qū)（寬度和擴展方向不同

4、的疲勞條紋）和瞬時斷裂區(qū)（韌窩）組成。循環(huán)變形后的位錯結構以位錯胞結構為主，在低總應變幅△εt/2=1.0×10-3下發(fā)現(xiàn)了駐留滑移帶(PSB)類樓梯結構，隨著△εt/2的增加，位錯胞的尺寸減小。
　　[(1)49]和[014]取向含富Cr沉淀顆粒的Fe-35 wt.％ Cr合金單晶體的單向壓縮變形測試表明，其壓縮流變特征與晶體取向有關。兩者壓縮應力-應變曲線都呈現(xiàn)明顯的屈服平臺，且[014]取向的屈服平臺較之[(1)49]要短。

5、隨著壓縮應變增加到一個臨界值之后（[014]取向為～13％，[(1)49]取向為～18％），兩種取向晶體的硬化速率都明顯降低，但是[014]取向的加工硬化速率比[(1)49]取向下降得更為明顯，這主要是由于位錯和細小富Cr沉淀顆粒發(fā)生相互作用，且作用程度依賴于晶體取向。表面滑移變形特征和微觀位錯結構特征的觀察很好地解釋了上述宏觀壓縮流變行為。
　　在恒△εpl/2控制條件下研究了[(1)49]單滑移取向含富Cr沉淀顆粒的Fe-35

6、 wt.％ Cr合金單晶體的疲勞變形特征。當△εpl/2≥2.5×10-3時，由于運動的位錯易切過細小富Cr沉淀顆粒，導致在循環(huán)剛開始第一周的拉伸階段就出現(xiàn)了明顯的應力軟化現(xiàn)象，并接著在疲勞早期階段表現(xiàn)出輕微循環(huán)軟化現(xiàn)象。而且，晶體在循環(huán)過程中表現(xiàn)出一定程度的拉-壓應力不對稱性，這種增強的應力不對稱性與細小富Cr沉淀顆粒的變形不穩(wěn)定性有關。由大量細小滑移線聚集而成的粗滑移帶以及高應變幅下形成的扭折帶是該晶體主要的滑移變形特征。主裂紋大致