基于紅外熱像法的金屬高周疲勞性能研究.pdf

1、疲勞斷裂是工程結構構件破壞的主要失效形式，疲勞失效研究對于確定工程材料的疲勞壽命十分重要。傳統(tǒng)疲勞實驗方法使用光滑試樣，單軸、恒幅的應力條件下確定疲勞壽命。此方法得到Wolher曲線所需時間長達30天，至少需要13根試件。
　　 紅外熱像法具有無損、實時及非接觸等優(yōu)點，在科學研究中獲得了廣泛的應用。疲勞熱像法作為紅外熱像法的研究方向之一，被用于快速獲取金屬疲勞性能，具有省時、省事的優(yōu)點，更是引起了學者們的廣泛關注。
　　

2、 本文中利用紅外成像技術，研究了443鐵素體不銹鋼、304奧氏體不銹鋼和AZ31B鎂合金在疲勞加載過程中的溫度變化，分析了三種材料溫度變化以及能量耗散的差異，并基于疲勞熱像法得到了三種材料的疲勞性能。
　　 疲勞加載作用下，304和443的溫度變化分為4個階段，分別為:階段Ⅰ-初始溫升階段，階段Ⅱ-溫度恒定階段，階段Ⅲ-溫度迅速上升階段，階段Ⅳ-溫度最后下降階段。但對于鎂合金，由于其加載過程中的加工硬化，溫度變化分為5個階段，階

3、段Ⅰ-初始溫升階段，階段Ⅱ-溫度下降階段，階段Ⅲ-溫度恒定階段，階段Ⅳ-溫度迅速上升階段，階段Ⅴ-溫度最后下降階段。
　　 晶體結構的差異導致金屬材料在外載作用下其塑性變形能力和能量耗散的差異?；谌N材料的溫度變化以及能量法可得到，疲勞加載過程中304奧氏體不銹鋼的能量耗散最大，443鐵素體不銹鋼次之，AZ31B鎂合金的能量耗散最小，這主要與三種材料常溫下的位錯滑移有關。對于面心立方的304不銹鋼，在常溫下有12個滑移系，由于

4、面心立方晶體的滑移面較多和致密度較大，因此，304在疲勞過程中能量耗散最大。對于體心立方的443鐵素體不銹鋼，在常溫下同樣共有12個滑移系，但是由于443的堆垛層錯能較高，斜交滑移系容易發(fā)生交滑移，刃位錯的交滑移會造成位錯的塞積，導致加工硬化，所以能量耗散較小。對于密排六方晶格的AZ31B鎂合金，在常溫下滑移系只有3個，因此能量耗散最低。
　　 基于疲勞熱像法快速得到了三種材料的疲勞極限和S-N曲線。傳統(tǒng)S-N曲線得到443疲勞