【摘 要】 本文通過對(duì)H62雙相黃銅進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)，研究了軟硬兩相結(jié)合界面的疲勞開裂行為，對(duì)由塑性相與脆性相組成的兩相界面的疲勞開裂行為進(jìn)行了討論，并得出相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】 黃銅 相界 滑移帶 循環(huán)軟化 疲勞裂紋

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.02.009

1 前言

隨著工業(yè)的日益發(fā)展，機(jī)械構(gòu)件承受越來越苛刻的循環(huán)載荷作用，而最終其往往在遠(yuǎn)低于材料強(qiáng)度的應(yīng)力下發(fā)生突然失效，工程上將這種現(xiàn)象稱為“疲勞失效”[1]。隨著晶體生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們通過制備單晶、雙晶乃至三晶金屬材料，對(duì)單相晶體材料的疲勞斷裂行為進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。通常認(rèn)為其疲勞開裂易于在滑移帶、晶界及孿晶界等塑性變形集中處萌生并擴(kuò)展[2-4]。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

選用直徑為12mm的冷拔態(tài)H62黃銅合金（Cu-38at.%Zn）。使用電火花線切割設(shè)備加工為16mm×5mm×4mm（平行段尺寸）的疲勞樣品，并在氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行800°C退火2小時(shí)。實(shí)驗(yàn)過程中，使用頻率為0.5Hz的三角波作為控制信號(hào)。選用2×10-4、5×10-4、1×10-3及2×10-3四組塑性應(yīng)變幅，將樣品分別循環(huán)變形至10000周或發(fā)生斷裂失效。疲勞實(shí)驗(yàn)前后，作用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)樣品表面進(jìn)行觀察。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 不同塑性應(yīng)變幅下的循環(huán)變形行為

H62雙相黃銅合金在不同應(yīng)變幅下的循環(huán)硬化曲線為軸向應(yīng)力幅與循環(huán)周次的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)曲線，如圖1所示。首先，在不同塑性應(yīng)力幅下，均出現(xiàn)明顯的循環(huán)硬化行為。但隨塑性應(yīng)變幅地增加，一方面循環(huán)硬化速度逐步增加，另一方面，循環(huán)飽和行為與循環(huán)軟化行為出現(xiàn)在中、高塑性應(yīng)變幅實(shí)驗(yàn)中。當(dāng)塑性應(yīng)變幅進(jìn)一步增加至2×10-3，循環(huán)軸向應(yīng)力幅的增加速度進(jìn)一步增加，但隨后卻出現(xiàn)明顯的循環(huán)軟化行為。這與低層錯(cuò)能Cu-Zn合金的循環(huán)變形行為一致[5]。

3.2 塑性應(yīng)變幅為1×10-3時(shí)的疲勞開裂行為

塑性應(yīng)變幅為1×10-3時(shí)的疲勞開裂行為如圖2所示。該應(yīng)變幅下塑性變形仍然主要集中在[α]相中，[β]相上沒有觀察到明顯的變形痕跡。這可理解為主滑移帶引起的塑性變形使[α]、[β]兩相出現(xiàn)極為明顯的變形不協(xié)調(diào)，為使兩相變形一致，[α]相中發(fā)生了另一方向的滑移行為，并迅速引起疲勞開裂。

3.3 塑性應(yīng)變幅為2×10-3時(shí)的疲勞開裂行為

塑性應(yīng)變幅為2×10-3時(shí)的疲勞開裂行為如圖3所示。

3.4 H62雙相黃銅的疲勞開裂機(jī)制

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，H62雙相黃銅的塑性變形主要由塑性[α]相承擔(dān)，在交變載荷的作用下，[α]相中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)逐步引起材料的內(nèi)在變化，并最終引起開裂。當(dāng)塑性應(yīng)變幅較小時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)主要集中于[α]相內(nèi)部，而兩相界面處由于[α]相難以變形而少有位錯(cuò)形成。隨著塑性應(yīng)變幅的增加，聚集于[α]相內(nèi)部的位錯(cuò)進(jìn)一步增加，將形成[α]相內(nèi)部的滑移帶開裂。這種滑移帶開裂在塑性應(yīng)變幅較大時(shí)可穿過兩相界面擴(kuò)展，造成[α]相的開裂行為。

4 總結(jié)

本文通過系統(tǒng)研究了H62兩相黃銅的疲勞性能與變形行為，對(duì)由塑性相與脆性相組成的兩相界面的疲勞開裂行為進(jìn)行了研究討論。研究結(jié)果表明：i）H62兩相黃銅在不同應(yīng)變幅下均表現(xiàn)出循環(huán)硬化行為，但在中高應(yīng)變幅下分別出現(xiàn)循環(huán)飽和與循環(huán)軟化兩種不同變形特征。ii）在中等應(yīng)變幅下，疲勞開裂行為主要發(fā)生在承擔(dān)塑性變形的[α]相中，表現(xiàn)為[α]相內(nèi)部的滑移帶開裂。iii）在高應(yīng)變幅下，疲勞開裂主要表現(xiàn)為兩相界面的開裂行為，這種裂紋可由平等滑移帶與塞積位錯(cuò)兩種方式產(chǎn)生；同時(shí)形成于[α]相中的滑移帶裂紋也時(shí)有穿過相界形成大裂紋的情況出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[5]P.Zhang，Q.Q.Duan，S.X.Li，Z.F.Zhang.Philos Mag 88 2487 （2008）.

作者簡(jiǎn)介

宋篪，工程師，碩士，從事檢測(cè)研究。