AZ31镁合金疲劳裂纹扩展各向异性研究(4)

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1.5.2 变形镁合金的力学性能

大多数变形镁合金随着温度的升高，抗拉强度和屈服强度急剧下降，伸长率显著增加。

1.6 镁合金的疲劳

1.6.1 疲劳概述

所谓疲劳是指材料在交变载荷和应变的长期作用下由于累积损伤而引起的性能变化。如果这种变化导致了材料的开裂，就称为疲劳断裂，简称为疲劳。疲劳断裂的显著特征是，一般不发生明显的塑性变形，因此，在实际应用中，难以对疲劳进行相应的检测和预防，所以，构件的疲劳失效会带来巨大的经济损失以及危害。

疲劳断裂之后，疲劳断口上会产生三个形貌不同的区域，分别是疲劳源、疲劳区及瞬断区。疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地，在断口上，疲劳源一般在机械表面，常在缺口、裂纹、刀痕等缺陷相连。疲劳源区德光亮度最大，因为这里是整个裂纹亚稳扩展过程中断面不断摩擦挤压。在一个疲劳断口中，疲劳源可以由一个或几个不等，主要与机件的应力状态及应力大小有关。疲劳区是疲劳裂纹亚稳扩展所形成的断口区域，该区是判断疲劳断裂的重要特征证据。贝纹线是疲劳区的最大特征，一般认为它是载荷变动引起的，如机械转动时的开动和停歇，偶然过载引起的载荷变动，使裂纹前沿线留下了弧状台阶痕迹。由于大多数实验中变动载荷较平稳，所以它们的断口上没有很明显的贝纹线。每个疲劳区的贝纹线是以裂纹源为圆心的平行弧线，其凹侧指向裂纹源，凸侧指向裂纹扩展方向或者是相反的情况。这取决于裂纹扩展时裂纹前沿线各点的前进速度。瞬断区是裂纹最后失稳快速扩展所形成的断口区域。在疲劳裂纹亚稳扩展阶段，随着应力不断循环，裂纹尺寸不断长大，当裂纹长大到临界尺寸时，因裂纹尖端的应力强度因子达到材料断裂韧度时，则裂纹就失稳快速扩展，导致机件最后瞬时断裂。

绝大多数材料构件在工作中承受的应力都是呈周期性变化的，材料的在这种周期性的载荷变化下，破坏和失效的情况相对来说更加复杂。文献综述

材料的疲劳性能一般是在实验室中通过对光滑或缺口试样疲劳试验进行评估的，而材料的疲劳试验通常是在应变或应力控制模式下进行的，并可分别获得循环应力响应曲线、ε-N曲线、S-N曲线等。

具有密排六方结构的镁合金中，在室温下位错的运动主要是沿着基面(0001)和<l 20>方向的滑移，而高温下位错更易沿着棱锥面{10 1}和棱柱面{10 0}上的<11 0>晶向滑移；密排六方结构材料的另外一种非基面塑性变形方式是沿着{20 2}、{10 l}、{11 2}以及{2 21}面的孪生，其中{10 2}面的孪生在镁合金中最为常见[9]。孪生是镁合金在单向拉伸或压缩变形过程中的一种重要的变形方式，但也曾有镁合金在循环变形期间以孪生方式发生塑性变形的文献报道[10]。

循环应力随着疲劳周次的变化即循环应力响应是材料低周疲劳过程的一个重要特征。循环应力响应曲线是通过测量总应变幅控制的低周疲劳试验期间的应力幅而获得的，它可反映材料所承受的应力过程并给出与材料的循环稳定性相关的必要信息，而全反向应变循环期间材料内部组织结构的稳定性及其在材料整体范围内对塑性应变的固有分配能力则是制约材料的循环应力响应行为的两个重要因素。疲劳变形的初始阶段是所谓的无裂纹循环变形阶段，此时位错密度增加，微观尺度的塑性变形导致各种位错结构的形成。在室温下进行疲劳变形时，镁合金中的位错主要是沿着(0001)基面运动，因此在镁合金的疲劳变形期间几乎不会形成复杂的位错结构。位错之间以及位错与其它结构单元之间的交互作用会对材料的宏观性能也就是硬化和软化行为产生影响。由于材料在无裂纹疲劳变形阶段的循环应力响应行为与原始组织密切相关，因此为了评价镁合金在疲劳变形期间的循环应力响应行为，必须考虑其所属的合金系列及相应的热处理状态。来~自^751论+文.网www.751com.cn/