S06钢疲劳行为的实验研究

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雅宝题库解析：
在现代航空航天、交通运输、能源动力等领域内，工程机械的运行速度和服役寿命不断提高，许多关键零部件经常面临着高频低幅循环载荷，承受重复载荷高达109~1012个应力循环，超长寿命和高可靠度设计指标越来越受到研究人员的重视。因此，对材料的超高周疲劳寿命分布形式以及结构元件的高可靠性分析进行研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本研究所采用的S06钢是一种新型高强度马氏体沉淀硬化不锈钢，用于某卫星关键零部件的制造，该部件在工作过程中承受交变载荷作用，设计寿命在109周次左右。因此必须对其长寿命范围疲劳性能进测试，同时对S06钢超长寿命范围的裂纹萌生情况进行研究。本论文中采用日本岛津的超声疲劳试验机来进行S06钢的超高周疲劳试验，加载频率为20KHz。主要研究内容有两个方面：一是通过疲劳断裂的试样断口分析研究S06钢的超高周疲劳断裂机理；另一方面设计一组S06钢超高周疲劳不同寿命阶段的疲劳试样，并在这些试样上取材进行位错形态的透射电镜观察，以此来推断疲劳过程中位错的运动。为了获得更加丰富的有关S06钢疲劳性能的数据，也为了与超高周疲劳试验作对比研究，本论文还设计了加载频率为5～120Hz之间的低周疲劳和高周疲劳试验。另外，本论文对比研究了频率、应力水平等试验因素对S06钢宏观和微观疲劳行为的影响。通过实验研究和理论分析，本论文认为S06钢的超高周疲劳裂纹从材料的内部形核，一般产生于材料中的第二相、夹杂物和微空洞，并且裂纹的萌生和在“鱼眼”区内的裂纹第Ⅰ阶段扩展占据了超高周疲劳寿命的大部分时间。通过透射电镜对位错形态的观察发现，S06钢的疲劳过程中位错运动的规律为：随着循环载荷的施加，位错密度先降低后升高，直至位错密度饱和。