正火４５钢在疲劳下塑性变化的研究林晨（机械系）摘要金属材料在疲劳中塑性将发生变化，本文通 过测定疲劳后材料的力学性能的变化，来体现疲劳过程中材料塑性的变化规律。关键词塑性，疲劳 ，位错，断面收缩率中图分类号ＴＧ１１３．２５引言金属材料在循环应力作用下，导致疲劳损伤 和局部应变，它所引起的结构变化，必定影响着金属材料的力学性能（１），其中材料的塑性也将 发生改变。虽然金属的塑性指标通常并不能直接用于机件的设计，因为塑性与材料服役行为之间并 无直接联系，但对静载下工作的机件都要求材料具有一定的塑性，以防止机件偶然过载时，产生突 然破坏。这是因为塑性变形有缓和应力集中，消减应力峰的作用。就这个意义上说，金属材料的塑 性指标是安全力学性能指标（２）。本文研究金属材料在疲劳过程中，循环应力和加载顺序对材料 塑性的影响，测定材料在疲劳过程中，表征材料塑性指标截面收缩率中的变化规律。１试验材料及 方法１。１试验概况试验材料为同炉批４５钢１８棒料，热处理为８５０℃正火，为了消除尺寸因 素引起试验结果分散性，选用喇叭口标准试样，试样直径为（９．５±０．０１）ｍｍ，试验部分 粗糙度Ｒａ＝０．８０μｍ。试验设备是１００ｋＮＳＣＨＥＣＫ电液伺服试验机，采用正弦波恒 幅加载，应力比Ｒ＝－１，试验在室温，空气中进行，试样以不能再承受所加载荷为破坏标准，材 料的力学性能的平均值在表１中列出。作者：男，３３岁，讲师１．２试验内容在同一应力水平下 进行部分循环，其中Ｎ／Ｎｆ＝０．２，０．４，０．８，０．９，然后将经过部分疲劳的试样做 静拉伸试验，测定其力学性能的变化规律，本文做了两个应力水平的试验。对同一试样做经过两级 不同应力作用，然后对其做静拉伸试验，测定其力学性能的变化规律，比较高一低和低一高加载顺 序的不同，对材料塑性影响的差别。１．３试验结果每组试样３～５个，本文主要研究材料在疲劳 过程中塑性的变化，因此只将试样的断面收缩率中列出，经过一级应力循环作用后，每组试样的平 均值在表２中列出，断面收缩率变化的曲线如图１所示。经过两级应力循环作用后，每组试样的平 均值在表３中列出。从试验结果看出，当试样受循环载荷作用过程中，随循环数的增加，材料的塑 性开始下降，直至最后断裂，对于两级应力作用后的试样，加载顺序不同，其塑性变化不同，在相 同的循环数下，高一低循环载荷作用后材料的塑性比低一高循环载荷作用后材料塑性下降要大。２ 几个问题的讨论（１）材料在疲劳中塑性下降现象，其机理可由位错的运动模型得以初步解释。材 料在受到疲劳后表面开始滑移，位错便产生并运动，同时位错密度增加［３］。高密度的位错和晶 界对位错的进一步运动产生阻碍，使材料的塑性下降。（２）在相同的循环数下，高循环应力作用 使材料塑性的变形大于低循环应力，因此表现为高应力下断面收缩率曲线在低应力曲线之上。（３ ）高一低和低一高两级加载对材料塑性的影响程度不同，对于高一低加载顺序，应力不能改变在高 应力作用下已经形成的显微结构（４），而低应力的作用是在高应力作用后的结构上进一步对材料 产生硬化和损伤。对于低一高加载顺序，高应力可以改变在低应力作用下形成的稳定结构（４）。 而高应力循环首先要改变低循环应力作用时所形成的结构，然后再对材料产生进一步硬化和损伤。 因此高一低和低一高加载在相同的循环数下，高一低加载比低一高加载对于材料的硬化程度和塑性 下降大，并与试验相符令。参考文献｜｜１Ｓ．戈康达。金属的疲劳与断裂。上海：上海科学技术 出版社，１９８３．６２－６３２束德林，金属力学性能。北京：机械工业出版社，１９８７．３ ０－３１３朱晓阳。低碳钢在高周疲劳循环下的循环硬化问题研究。机械强度，１９９１，（２） ：３５－３７４谢里阳。疲劳过程中材料强化的弱化现象的探讨．机械强度，１９９１，（１）： ３２－３５ＳＴＵＤＹＯＮＰＬＡＳＴＩＣＣＨＡＮＧＥＯＦＮＯＲＭＡＬＩＺＥＤ４５ＳＴＥＥ ＬＵＮＤＥＲＣＹＣＩＬＥＦＡＴＩＧＵＥ￥ＬｉｎＣｈｅｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｌａｓ ｔｉｃｉｔｙｏｆｍｅｔａｌｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｃｈａｎｇｅｄｕｎｄｅｒｆａｔｉｇｕ ｅ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃｓｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｍａｔｅｒ ｉａｌｓｍｅａｓｕｒｅｃｄａｆｔｅｒｆａｔｉｇｕｅ，ｉｔｇｉｖｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｐ ｌａｓｔｉｃｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｕｎｄｅｒｔｈｅｆａｔｉｇｕｅ．Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ，ｆａｔｉｇｕｅ，ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ，ｒｅｄｕ ｃｔｉｏｎｏｆａｒｅａ正火45钢在疲劳下塑性变化的研究@林晨塑性，疲劳，位错，断面收缩 率金属材料在疲劳中塑性将发生变化，本文通过测定疲劳后材料的力学性能的变化，来体现疲劳过 程中材料塑性的变化规律。１Ｓ．戈康达。金属的疲劳与断裂。上海：上海科学技术出版社，１９ ８３．６２－６３２束德林，金属力学性能。北京：机械工业出版社，１９８７．３０－３１３朱 晓阳。低碳钢在高周疲劳循环下的循环硬化问题研究。机械强度，１９９１，（２）：３５－３７ ４谢里阳。疲劳过程中材料强化的弱化现象的探讨．机械强度，１９９１，（１）：３２－３５夯 倒ひ党霭嫔纾保梗福罚常埃常保持煜簟５吞几衷诟咧芷＠脱废碌难酚不侍庋芯俊；登慷龋保梗梗保ǎ玻海常担常罚葱焕镅簟Ｆ＠凸讨胁牧锨炕娜趸窒蟮奶教郑登慷龋保梗梗保ǎ保海常玻常
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