联系我们  了解金属所
研究成果
主要成果
发表论文
专著专利
荣誉奖励
当前栏目:主要成果
疲劳强度优化机制取得新进展
2017-11-22  |          【 】【打印】【关闭

  研究背景:

  材料的抗疲劳损伤能力一直是其力学性能的重要组成部分,与工程部件和设施的长期安全直接相关。前期研究表明,通过对金属材料进行强烈塑形变形(SPD),产生超细晶粒(UFG)和纳米晶粒(NG)等微观结构,可以实现材料疲劳强度的提高。然而,以Cu为代表的纯金属经SPD处理后疲劳强度似乎达到了100MPa左右的饱和值,很难通过改善SPD加工过程来继续提高。值得注意的是,一些工程材料也出现了类似的趋势,包括高强度钢,铜合金和铝合金等。因此,如何提高金属材料的疲劳强度这一难题具有重要的理论和工程意义。

  成果简介:

  通过系统的实验与分析,对几种常规强化方式(细晶强化、应变硬化、固溶强化和弥散强化)在提高疲劳强度方面的优势和局限进行了归纳,并由此提出优化材料疲劳性能的新思路。主要结论如下:

  (1)疲劳性能的提高:细晶/超细晶铜铝合金因其具有尺寸细小均匀且界面稳定的晶粒、低初始位错密度以及适当的合金成分,展现出优于粗晶材料与强塑性变形纳米晶材料的抗疲劳性能。

  (2)损伤机制的整合:尽管不同的优化方式对应着各异的机制原理,但均遵循着统一的规律,在微观上集中体现为位错滑移行为,在宏观上则表现对局部疲劳损伤累积的减弱与分散上。

  (3)优化方法的耦合:单一优化方法自身的局限易导致材料疲劳强度的饱和,而不同优化方式的有机结合为打破这种限制提供了可能。通过基于统一的机制原理下优化方式的耦合,有望满足工业发展对材料抗疲劳性能不断提高的需求。

  全文链接:Exploring the fatigue strength improvement of Cu-Al alloys (Acta Mater., volume 144, 1 February 2018, Pages 613-626, DOI: 10.1016/j.actamat.2017.11.019)

图1 疲劳强度与平均晶粒尺寸和抗拉强度关系图

图2 应力循环加载前后微观结构形态的对比

图3  Al含量对位错形貌和裂纹分布的影响

图4 优化方法、微观机制和疲劳性能之间的关系

材料疲劳与断裂研究团队

版权所有 中国科学院金属研究所 辽ICP备05005387号