發(fā)布時間：2024-12-06 23:28

　　約90%的金屬結(jié)構(gòu)件在服役過程中發(fā)生疲勞失效,提高金屬材料的抗疲勞損傷性能對保障其安全服役具有重要意義。傳統(tǒng)均勻結(jié)構(gòu)金屬材料普遍表現(xiàn)出高周疲勞強度和低周疲勞壽命的倒置關(guān)系,這與其拉伸強度-塑性的倒置及循環(huán)塑性應變局域化密切相關(guān)。粗晶(CG)材料疲勞極限低,但疲勞壽命高,而超細晶(UFG)材料疲勞極限明顯提高,但疲勞壽命有限。梯度納米晶(GNG)結(jié)構(gòu)是一種表面納米晶逐漸過渡到芯部粗晶的晶粒尺寸呈空間梯度分布的特殊結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出良好的強塑性匹配和優(yōu)異的高低周綜合疲勞性能。這種多尺度非均勻結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)眾多,如梯度納米晶體積分數(shù)、芯部微觀結(jié)構(gòu)、梯度順序及結(jié)構(gòu)梯度大小等,然而,復雜結(jié)構(gòu)參數(shù)對疲勞性能及循環(huán)變形行為的影響規(guī)律目前還不清楚。此外,梯度納米材料的疲勞研究多集中在對稱拉-壓加載條件下,而實際服役中更普遍發(fā)生的非對稱疲勞行為也不清楚。本工作利用表面機械碾磨處理制備了三類梯度納米晶純Cu樣品,系統(tǒng)研究了梯度納米晶表層體積分數(shù)和芯部基體微觀結(jié)構(gòu)對梯度納米晶Cu疲勞性能和循環(huán)變形的影響,以及梯度納米晶/粗晶(GNG/CG)Cu的非對稱拉-壓高周疲勞行為。主要結(jié)果如下:1.梯度納米晶體積分數(shù)對G...

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 傳統(tǒng)均勻結(jié)構(gòu)金屬的疲勞行為
        1.1.1 粗晶材料的疲勞性能及機理
        1.1.2 超細晶材料的疲勞性能及機理
    1.2 多尺度非均勻結(jié)構(gòu)金屬的疲勞行為
        1.2.1 雙峰結(jié)構(gòu)材料的疲勞
        1.2.2 柱狀納米孿晶結(jié)構(gòu)材料的疲勞
        1.2.3 多尺度亞穩(wěn)納米層片結(jié)構(gòu)材料的疲勞
    1.3 梯度納米結(jié)構(gòu)材料的制備及力學行為
        1.3.1 梯度納米結(jié)構(gòu)材料的概念
        1.3.2 梯度納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法
        1.3.3 梯度納米結(jié)構(gòu)材料的力學性能及變形機制
    1.4 梯度納米結(jié)構(gòu)材料的疲勞行為研究進展
        1.4.1 梯度納米結(jié)構(gòu)材料的疲勞性能
        1.4.2 梯度納米結(jié)構(gòu)材料的循環(huán)變形
        1.4.3 梯度納米結(jié)構(gòu)材料的損傷行為
    1.5 本論文研究目的及研究內(nèi)容
第二章 樣品制備與實驗方法
    2.1 樣品制備及原理
        2.1.1 實驗材料
        2.1.2 表面機械碾磨處理
    2.2 微觀結(jié)構(gòu)表征方法
        2.2.1 掃描電子顯微鏡
        2.2.2 透射電子顯微鏡
        2.2.3 激光共聚焦顯微鏡
        2.2.4 X射線衍射分析
    2.3 力學性能實驗方法
        2.3.1 顯微硬度測量
        2.3.2 準靜態(tài)單向拉伸實驗
        2.3.3 疲勞實驗
第三章 梯度納米晶表層體積分數(shù)對GNG/CG Cu疲勞行為的影響
    3.1 引言
    3.2 實驗結(jié)果
        3.2.1 制備態(tài)樣品的微觀結(jié)構(gòu)
        3.2.2 拉伸性能
        3.2.3 高周疲勞性能
        3.2.4 高周疲勞微觀結(jié)構(gòu)及表面損傷
        3.2.5 低周疲勞性能
        3.2.6 低周疲勞微觀結(jié)構(gòu)及表面損傷
    3.3 分析與討論
        3.3.1 梯度納米晶表層體積分數(shù)對高周疲勞的影響
        3.3.2 梯度納米晶表層體積分數(shù)對低周疲勞的影響
        3.3.3 優(yōu)化的高低周綜合疲勞性能
    3.4 本章小結(jié)
第四章 梯度納米晶Cu的非對稱高周疲勞行為
    4.1 引言
    4.2 實驗結(jié)果
        4.2.1 滯后環(huán)演化
        4.2.2 循環(huán)棘齒變形
        4.2.3 疲勞微觀結(jié)構(gòu)
        4.2.4 疲勞表面損傷形貌
        4.2.5 疲勞性能
    4.3 分析與討論
        4.3.1 平均應力對疲勞行為的影響
        4.3.2 最大應力對疲勞行為的影響
        4.3.3 最小應力對疲勞行為的影響
        4.3.4 殘余壓應力對疲勞行為的影響
        4.3.5 非對稱加載對疲勞壽命的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 芯部位錯胞結(jié)構(gòu)對梯度納米晶Cu疲勞行為的影響
    5.1 引言
    5.2 實驗結(jié)果
        5.2.1 制備態(tài)樣品的微觀結(jié)構(gòu)
        5.2.2 拉伸性能
        5.2.3 高周疲勞性能
        5.2.4 高周疲勞微觀結(jié)構(gòu)及表面損傷
        5.2.5 低周疲勞性能
        5.2.6 低周疲勞微觀結(jié)構(gòu)及表面損傷
    5.3 分析與討論
        5.3.1 位錯胞基體對高周疲勞極限的影響
        5.3.2 表面梯度納米晶層對高周疲勞比的影響
        5.3.3 位錯胞基體對低周疲勞壽命的影響
        5.3.4 優(yōu)異的疲勞極限與過渡壽命匹配
    5.4 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文與取得的其他成果
作者簡介



本文編號：4014425