Готовый перевод Fatigue behaviour of light alloys with ultrafine grain structure produced by severe plastic deformation: An overview / Усталостное поведение лёгких сплавов с ультрамелкозернистой структурой, полученных методом интенсивной пластической деформации: обзор: Approach towards fatigue life improvement

Традиционная стратегия улучшения усталости основана на следующей корреляции, показанной на рис. 2: чем выше прочность при монотонном нагружение, тем выше предел выносливости (усталость).

Хотя характеристики ИПД материалов при монотонной нагрузке значительно улучшаются с уменьшением размера зерна, для многих легких сплавов свойства многоцикловой усталости , в частности предел выносливости, не улучшаются в той же степени.

Например, результаты усталостных испытаний для сплава А5056 [7,8] и некоторых сплавов al-mg-Sc [11,12] хуже, чем результаты, полученные при обычной термомеханической обработке.

Большинство наноструктурированных или ультрамелкозернистых легких сплавов, полученных с помощью ИПД, демонстрируют ту же тенденцию: их прочность при высокой циклической усталости значительно выше, чем для крупнозернистого материала. Но к сожалению, повышение усталостной прочности не так велико, как улучшение прочности при монотонном нагружение.

Таким образом, для крупнозернистых металлов отношение предела выносливости к пределу прочности при растяжении обычно превышает 0,5, в то время как для УМЗ сплавов оно приблизительно равно 0,5 или даже ниже, что имеет место для многих алюминиевых сплавов, см. Табл. 1.

Более проблемными являются результаты при малоцыкловых испытаниях: независимо от метода ИПД, используемого для получения УМЗ и нано-структуры в металлах, такие материалы неизменно уступают в своей способности выдерживать малоцикловые режимы нагрузки.

Низкие характеристики малоцикловой усталости ультрамелкозернистых и наноструктурных металлов могут быть объяснены исходя из ограниченной пластичности при монотонной и циклической деформации, которая способствует раннему зарождению трещины, и большого количества границ зёрен, в ориентациях, благоприятных для распространения трещин в материале с более мелкой структурой. Наиболее успешный пример использования этой стратегии в сочетании с методиками ИПД продемонстрировали Р.З. Валиев с группой для Ti [26–30].

Начиная с обычной обработки РКУП коммерчески чистого Ti, эта группа разрабатывала всё более и более сложные режимы деформационного упрочнения, такие как холодный прокат, ковку и/или протяжка для преобразования остаточной пластичности после РКУП в прочность посредством дальнейшего измельчения зерна и/или дислокационного упрочнения.

Малоцикловые и многоцикловые режимы усталости принято различать по амплитуде приложенной нагрузки. Многоцыкловые усталостные испытания соответствуют исследованию устойчивости материала к образованию трещины, в то время как испытания на малоцикловую усталость оценивает устойчивость материала к распространению трещины.

Комбинируя эти два режима, общий диапазон нагружения DELTAt принимается как сумма двух слагаемых - упругости DELTAel и пластичности DELTApl, т.е. DELTAt=DELTAel+DELTApl. Эмпирическая формула связывает общую усталостную долговечность выраженной количеством циклов до разрушения Nf, c диапазоном нагружения DELTAt следующим образом: УРАВНЕНИЕ

Первое и второе слагаемое в правой части этого уравнения соответствуют упругой и пластической составляющей полного диапазона нагружения; Е - модуль Юнга, SIGMAf - предел усталости (которая косвенно связанна с пределом текучести и приделом прочности материала), b - экспонента Басквина, EPSILONf - коэффициент усталостной вязкости, а с - экспонента усталостной вязкости.

Следовательно, предел усталости при приведённой общей амплитуде нагружения выражается через четыре параметра материалов: EPSILONf, SIGMAf, c и b; (очевидно, что обе экспоненты b и c, отрицательны.) Хотя прямая зависимость параметров EPSILONf и SIGMAf c пределом пластичности и пределом прочности при растяжении, SIGMAuts соответственно, редко наблюдается в эксперименте, корреляция между этими парами величин действительно существует.

При высоких амплитудах нагружения, соответствующих низкой выносливости, в общей приложенной нагрузке преобладает компонент пластической деформации, а предел усталости определяется главным образом пластичностью.

При высокой выносливости вклад упругой деформации значительно выше, чем пластической, а предел выносливости определяется пределом прочности

Как упоминалось ранее, в большинстве случаев, самые высокие показатели прочности достигаются за счет пластичности, см. Таблица 1.

процесс проектирования, направленный на улучшение усталостных свойств осложняется тем фактом, что на сегодняшний день нет общепринятых физических моделей, способных объяснить природу появления и предсказать значения четырех параметров EPSILONf, SIGMAf, c и b, в ур. 1 даже для структурно простых, чистых поликристаллов.

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/75788/430079

Переводчики: Yserg