何子淑

(貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550008)

0 引言

記憶效應(yīng)是鎳鈦合金(又名記憶合金)特有的性能[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鎳鈦合金因其特有的形狀性，在工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為保證鎳鈦合金產(chǎn)品的安全使用，尤其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，需要在產(chǎn)品植入人體前預(yù)知鎳鈦合金產(chǎn)品使用的壽命，以便能根據(jù)病人的年齡結(jié)構(gòu)判定是否有必要采用鎳鈦合金產(chǎn)品助于治療。因此鎳鈦合金的力學(xué)性能研究尤為重要。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 試樣

本實(shí)驗(yàn)分別采用了馬氏體型和奧氏體型鎳鈦合金。熱處理工藝均為：退火態(tài)。材料的常規(guī)力學(xué)性能見(jiàn)表1。

表1 試樣材料力學(xué)性能

試驗(yàn)采用單邊缺口拉伸(SENT)試樣，見(jiàn)圖1。選擇SENT試樣為短裂紋試樣是為了在材料的缺陷或不連續(xù)處產(chǎn)生自然萌生的裂紋。試樣的半圓形缺口使得容易對(duì)缺口表面作觀察，從而便于利用復(fù)型技術(shù)對(duì)裂紋進(jìn)行跟蹤。

圖1 裂紋試樣形狀及尺寸

1.2 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)分別對(duì)兩疲勞試樣進(jìn)行試驗(yàn)：

(1)試樣1：R=1，σmax=135 Mpa，T=20 ℃；

(2)試樣2：R=1，σmax=135 Mpa，T=20 ℃

本文將在顯微鏡下觀察疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展過(guò)程，并在適當(dāng)?shù)那闆r下采用復(fù)型方法做輔助。即在拉壓動(dòng)作循環(huán)到一定的時(shí)候，停止加載，另加小于最大試驗(yàn)力的80%的靜力，目的是讓裂紋處于非閉合狀態(tài)，再用丙酮擦洗試樣表面，并將適量丙酮滴在擦洗后的試樣表面，取一張小而薄的醋酸纖維素薄膜(又稱AC膜)覆蓋試樣表面，并輕輕壓實(shí)，使其緊貼試樣表面，覆膜后可以等一定的時(shí)間，使膜稍微干燥后，小心取下，將其放到顯微鏡下觀察復(fù)型AC膜并測(cè)量裂紋長(zhǎng)度，記下裂紋長(zhǎng)度與相應(yīng)的循環(huán)數(shù)。按照這樣的步驟反復(fù)試驗(yàn)，間隔性的覆膜觀察，每次覆膜的間隔時(shí)間依據(jù)疲勞過(guò)程而定，但是至少保證一個(gè)試樣在試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程中至少要25～30個(gè)復(fù)型。利用割線法計(jì)算出裂紋擴(kuò)展速率da/dN，并按照記錄的數(shù)據(jù)畫出a-N和da/dN曲線，比較分析不同相組織的疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展規(guī)律。計(jì)算過(guò)程及修正方法按照相應(yīng)的程序進(jìn)行[2]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 疲勞裂紋的擴(kuò)展速率

經(jīng)數(shù)據(jù)處理所得到的結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 平均裂紋長(zhǎng)度a隨循環(huán)比N/Nf的變化曲線

可以看出：奧氏體型鎳鈦合金擴(kuò)展速率要比馬氏體型擴(kuò)展速率快。原因是奧氏體型的鎳鈦合金晶粒比較粗大，晶界比較少，裂紋擴(kuò)展的阻力小，擴(kuò)展速率就快。

圖3 不同相組織的da/dN-ΔK曲線圖

2.2 疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展形態(tài)

由復(fù)型得到的表面裂紋形態(tài)圖4，可看出馬氏體型裂紋擴(kuò)展基本是多裂紋擴(kuò)展，原因是馬氏體型鎳鈦合金晶粒比較細(xì)，晶界多，裂紋萌生的機(jī)會(huì)就大，但是擴(kuò)展過(guò)程中，晶界又會(huì)阻擋裂紋的長(zhǎng)大，所以在斷口處出現(xiàn)多裂紋萌生及擴(kuò)展現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用單邊光滑缺口試樣，在常溫下進(jìn)行了疲勞裂紋試驗(yàn)，利用復(fù)型法跟蹤記錄了缺口表面裂紋數(shù)，并記錄裂紋的長(zhǎng)度和位置。觀察分析同一載荷下不同組織狀態(tài)的鎳鈦合金疲勞裂紋的演化規(guī)律如下：(1)相同載荷下的常溫奧氏體型鎳鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率比較快。(2)相同載荷下的常溫馬氏體型鎳鈦合金疲勞裂紋多表現(xiàn)為多裂紋萌生與擴(kuò)展。

圖4 馬氏體型裂紋的形態(tài)圖