应变率对SMAT处理的AZ31b镁合金疲劳性能的影响

应变率对SMAT处理的AZ31b镁合金疲劳性能的影响

陈刚^a，高健文^a，崔云^{a, b}，高红^a，郭翔^c

^a(天津大学，化工学院，天津300072)

^b(天津大学，仁爱学院，天津301636)

^c(天津大学，机械学院，天津 300072)

 疲劳裂纹通常从试样的表面开始萌生，因此通过表面纳米化处理可以有效地提升材料的疲劳性能。另一方面，不同应变率对镁合金的疲劳性能也有很大影响，而这方面的研究却十分有限。本研究采用应变控制，对粗晶(CG)、2 mm不锈钢小球SMAT处理(2 mm-SMAT)和3 mm不锈钢小球SMAT处理(3 mm-SMAT)的AZ31b镁合金试样进行了低周疲劳试验，采用三种应变率(0.001 s^-1、0.005 s^-1、0.01 s^-1)，应变幅为0.5%，应变比为-1。

(a) 不同试样在三种应变率下的低周疲劳寿命

 (b) 两种SMAT试样裂纹萌生位置

 (c) CG试样在高低应变率下疲劳断口附近的残余孪晶

研究结果表明，在同样的应变率下，SMAT处理之后的试样疲劳寿命大幅度提升，并且3 mm-SMAT试样的疲劳寿命比2mm-SMAT试样的疲劳寿命更长(见图a)。这主要是由于SMAT处理在试样表面引入的残余压缩应力和表面纳米级的晶粒阻碍了疲劳裂纹的萌生，导致裂纹萌生点转移到了试样亚表面处(见图b)，从而提升了试样的疲劳寿命；而3 mm-SMAT试样由于严重变形层厚度更深，且残余应力更大，因此裂纹萌生点距离试样表面也更深(见图b)，疲劳寿命也相应更长。

对于同种试样，疲劳寿命随着应变率的提高而变长(见图a)。主要是因为高应变率提升了镁合金试样的孪生的活跃度(见图c)，限制了位错滑移，从而阻碍了疲劳裂纹的萌生和扩展，导致疲劳寿命提升。(天津大学陈刚教授供稿)