现代机械强度理论及应用研究生论文材料的滞后回线

东北大学研究生考试试卷考试科目：现代机械强度理论及应用论文题目:滞后回线课程编号：Y06581037姓名：赵明学号：06009571滞后回线目录一：应力应变滞后回线的定义..........................................2二：N18合金的滞后回线研究..........................................2三：Zr-4合金滞后回线研究...........................................4四：无铅焊料Sn-3.8Ag-0.7Cu的低周滞后回线...........................7五：循环变形铜单晶体的滞后回线形状变化..............................8参考文献…………………………………………………………………………….92滞后回线一：应力应变滞后回线的定义低周疲劳时，由于机件设计的循环许用应力较高，加上实际机件不可避免地存在应力集中，因而局部区域会产生宏观塑性变形，使得应力应变之间不再呈直线关系，而形成循环回线。如图1所示若拉伸载荷加到A点后卸载至零，再加绝对值相等的压缩载荷，则曲线从A点开始先以弹性模量E的斜直线下行，然后开始反向屈服直到B点。如到B点又重新卸载，则以斜率E上升然后屈服，返回到A点。加载与卸载的应力一应变迹线ABA形成一个闭环，称为应力应变滞后回线。滞后回线所包围的面积代表材料塑性变形时外力所做的功或者所消耗的能量，也表示材料抵抗循环塑性变形的能力。很明显，在弹性范围内循环加载时，理论上滞后回线退化为一段斜率等于弹性模量E的直线段，所包围的面积为零，即应力应变关系一般不会形成应力应变滞后回线。二：N18合金的滞后回线研究N18新型锆合金铸锭在经过锻造、均匀化处理后，加工成管坯。管坯在650℃进行热挤压后，经中间退火十冷轧，循环3次后得到Ø9.5X0.56mm的管材，最后管材再经过580℃退火。其化学成分见表13试样在循环变形的最初几周，其滞后回线是不稳定的，经过一定周次的循环变形后，就能形成稳定的滞后回线。图2是单试样逐级加载循环变形在400℃的第50周次的滞后回线，其中，应变幅分别为0.35%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%,0.9%,1.0%。4滞后回线的形状取决于应变幅。在低应变幅下，滞后回线细长而尖锐；随着应变幅的增加，滞后回线变宽，上、下两个峰也趋于平坦。但滞后回线不像室温那样光滑，而成锯齿状，随着应变幅的增加，锯齿状愈加明显。锆合金在高温下会出现动态应变时效现象。在循环变形和单向拉伸中，锆合金发生动态应变时效的温度范围大致相同，约为300～6000C。试验是在400℃下进行，在试验中N18合金试样出现了动态应变时效现象，因为在塑性变形阶段的滞后回线呈锯齿状，出现了明显的Portevin-LeChatelier效应。Portevin-LeChatelier效应的出现表明了合金塑性变形的不连续性，其原因是位错钉扎、脱扎、钉扎，反复作用的结果。锆及其合金的动态应变时效除了与温度有关外，还受应变速率的影响，取决于a-Zr固溶体中溶质原子与位错的相互作用，而与位错相互作用的溶质原子主要是氧原子。与室温下合金的循环稳定滞后回线相比，高温循环稳定滞后回线呈现出较明显的不对称性，合金的循环数据点连线的循环稳定滞后回线上出现锯齿状波形。N18合金在400℃高温情况下，出现这种循环滞后回线的波动，是由于合金在400℃下高温下发生动态应变时效现象所致。三：Zr-4合金滞后回线研究实验材料：国产Zr-4合金，其成分见表2所示。厚度为2.Omm与1.3mm厚的冷轧板材。试样为两种状态:渗氢态(约渗氢200g/g)和未渗氢态。其试样为两种取向:一种为加载方向平行于轧向(Rolling)的试样，标记为R试样；另一种试样为加载方向垂直于轧向的试样，标记为T试样。首先，将在室温下进行单试样逐级加载循环的R向试样(试样编号为Rrx)的各循环幅值点对应的横向应变数据通过转化为轴向应变，得出在室温下循环的Rrx试样的循环应力一应变曲线，并在同一坐标系内作出R向Zr-4合金的单调5拉伸曲线。通过比较单调拉伸曲线和合金的循环应力一应变曲线，从而分析合金的循环行为，如图所示。另外，将数据进行处理，作出合金在不同应变幅下的循环稳定滞后回线于同一坐标系中，如图3所示。同R向试样类似，T向Zr-4合金试样在室温下循环时，在同一坐标系内做出T向试样Ktx的单调应力应变曲线和循环应力一应变曲线，如图4所示。其循环稳定滞后回线如图5所示从图3及图5上R向及T向试样在常温下的循环稳定滞后回线上可以看出，无论R向和T向的Zr-4合金试样在室温下循环时，在低应变幅下，迟滞回线均细长而尖锐；随着应变幅的增加，滞后回线变宽。从低应变幅到高应变幅各个级别的循环应力应变滞后环相对稳定，而且对称性相对较好。6跟常温类似，对Zr-4合金在400℃下单试样逐级加载循环的R向试样(试样编号为R1)的各循环幅值点对应的横向应变数据转化为轴向应变，得出在4000C高温下Rl试样的循环应力一应变曲线，如图6所示。另外，作出合金高温试样Rl在不同应变幅下的循环稳定滞后回线于同一坐标系中，如图7所示。7从图7中可以看出，与室温下合金的循环稳定滞后回线相比，高温循环稳定滞后回线呈现出较明显的不对称性，合金的循环数据点连线的循环稳定滞后回线上出现锯齿状波形。Zr-4合金在4000C高温情况下，出现这种循环滞后回线的波动，是由于合金在400℃下高温下发生动态应变时效现象所致。四：无铅焊料Sn-3.8Ag-0.7Cu的低周滞后回线将纯度为99.99%的锡块、银片和铜片按比例在真空炉中熔炼，在800℃保温30min，在石墨柑锅槽中冷却凝固后成Sn-3.8Ag-0.7Cu合金条块。在大气中将该合金重熔至250℃，然后浇注成尺寸为200mmx72mmx7mm的铸板。将板状铸块在室温下放置10个月进行自然时效，待组织稳定后，将其线切割成疲劳试样，其载荷区尺寸为3mmx4mmx4mm.疲劳试验在最大载荷为1kN的日本岛津液压疲劳试验机上进行，应变控制精度为0.01%。在实验中控制总应变幅，实验波形为三角波，循环过程从拉伸开始。该焊料的熔点Tm为217℃，为了排除蠕变的影响，疲劳实验必须保证较高的应变速率参考Sn-Pb焊料的疲劳实验结果，应变速率应大于10-3s-1，实验中选择的应变速率恒为8x10-3s-1，总应变幅分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%,1%，各个实验均进行至试样断裂为止疲劳实验中，计算机自动采集数据。图8所示为铸态Sn-3.8Ag-0.7Cu焊料在总应变幅ξt/2为0.8%时的典型应力一应变滞后回线，ξp为塑性应变范围，滞后回线宽度的一半即为塑性应变幅ξp/2.可以看出，在2-2000周内滞后回线基本上没有大的变化，在恒总8应变幅下，应力幅没有大的变化，而循环至2000周后回线所包围的面积开始变小。这表明在恒总应变幅下，随循环数的增加，应力幅开始变小，材料表现出循环软化。随着循环周数的继续增加，滞后回线面积越来越小，塑性应变幅也减小，直到产生裂纹和裂纹的扩展以至断裂。五：循环变形铜单晶体的滞后回线形状变化实验所用的[112],[233]和[[017]铜单晶休都是用99.999%的纯铜，采用Bridgmen方法生长得到的。晶体的取向是采用X射线Laue背反射像来标定，偏差不超过士20。用线切割机切取疲劳试样，试样总体尺寸为7mmx7mmx70mm,标距部分尺寸为7mmx5mmx16mm。疲劳试验前，在真空中对试样进行了800℃，2h的退火，然后电解抛光以消除表面的残余应变。对称拉一压循环形变试验是在5kN电液疲劳试验机上和在室温和空气环境中进行，并采用了恒塑性应变幅控制。应变控制信号为三角波，频率为0.05-0.4Hz,滞后回线由X-Y记录仪记录，始终保持滞后回线在零应力时宽度(ξp)恒定。分切塑性应变幅按p1=ξp/2计算，2为主滑移系的Schmid因子。分切应力按计算，为轴向拉一压应力幅的平均值。所有试验直至试样达到饱和后停止。借助计算机程序测量得到滞后回线形状参数VH。图9和图10分别给出了[112],[233]和[017]三种晶体在不同外加塑性应变幅下滞后回线形状随循环周次N的变化。9参考文献[1].孙超.N18合金低周疲劳行为研究[D],四川：西华大学，2006[2].凌绪玉.Zr-4合金低周疲劳性能研究[D],四川：四川大学，2003[3].李聪等.锆-4合金Masing特性的研究[J],核动力工程,2003,24卷3期[4].曾秋莲等.无铅焊料Sn-3.8Ag-0.7Cu的低周疲劳行为[J],材料研究学报,2004,18卷1期[5].李小武等.循环变形铜单晶体的滞后回线形状变化与驻留滑移带的萌生[J],金属学报,1999,35卷6期[6].徐撷.疲劳强度[M],北京：高等教育出版社，1999[7].何雪宏.现代机械强度理论及应用[M]