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(duì)體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)金屬材料力學(xué)行為的認(rèn)識(shí)，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(diǎn)探討了工業(yè)純鐵中預(yù)存在的晶界孔洞和Fe-Cr合金單晶體中富Cr顆粒對(duì)材料變形及損傷行為的影響，得到如下主要結(jié)論。
　　對(duì)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(yīng)變速率下(1.0×10-5 s-1～1.0×10-2 s-1)進(jìn)行單向拉伸變形測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨著應(yīng)變速率

2、的增加，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度正常地增加，但是延伸率卻反常地增加。通過(guò)與其它出現(xiàn)類似反?，F(xiàn)象的材料進(jìn)行比較分析得出，當(dāng)前材料的應(yīng)變速率對(duì)延伸率的反常影響與原始材料中預(yù)存在的晶界孔洞有關(guān)。隨著應(yīng)變速率的增加，晶界孔洞沿著加載方向的延展變形對(duì)延伸率的貢獻(xiàn)越顯著，這可能是引起當(dāng)前材料反常應(yīng)變速率和延伸率關(guān)系的主要原因。
　　在恒總應(yīng)變幅控制△εt/2條件下對(duì)含晶界孔洞粗晶工業(yè)純鐵的疲勞變形行為進(jìn)行測(cè)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(wú)循環(huán)飽和階段出現(xiàn)。疲勞壽命與塑性應(yīng)變幅△εpl/2的關(guān)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(guān)性:隨著△εt/2的增加，滑移變形及其導(dǎo)致的擠出侵入現(xiàn)象更為嚴(yán)重，滑移開(kāi)裂更趨顯著;越來(lái)越多的原來(lái)位于晶界上的微觀孔洞發(fā)生扭曲變形、聚合、長(zhǎng)大而產(chǎn)生裂紋，甚至導(dǎo)致沿晶開(kāi)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(tái)階或解理小面）、裂紋擴(kuò)展區(qū)（寬度和擴(kuò)展方向不同

4、的疲勞條紋）和瞬時(shí)斷裂區(qū)（韌窩）組成。循環(huán)變形后的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)以位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)為主，在低總應(yīng)變幅△εt/2=1.0×10-3下發(fā)現(xiàn)了駐留滑移帶(PSB)類樓梯結(jié)構(gòu)，隨著△εt/2的增加，位錯(cuò)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(cè)試表明，其壓縮流變特征與晶體取向有關(guān)。兩者壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線都呈現(xiàn)明顯的屈服平臺(tái)，且[014]取向的屈服平臺(tái)較之[(1)49]要短。

5、隨著壓縮應(yīng)變?cè)黾拥揭粋€(gè)臨界值之后（[014]取向?yàn)椤?3％，[(1)49]取向?yàn)椤?8％），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(cuò)和細(xì)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(cuò)結(jié)構(gòu)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(dāng)△εpl/2≥2.5×10-3時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)易切過(guò)細(xì)小富Cr沉淀顆粒，導(dǎo)致在循環(huán)剛開(kāi)始第一周的拉伸階段就出現(xiàn)了明顯的應(yīng)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(guò)程中表現(xiàn)出一定程度的拉-壓應(yīng)力不對(duì)稱性，這種增強(qiáng)的應(yīng)力不對(duì)稱性與細(xì)小富Cr沉淀顆粒的變形不穩(wěn)定性有關(guān)。由大量細(xì)小滑移線聚集而成的粗滑移帶以及高應(yīng)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