[发明专利]疲劳载荷下金属材料断口局部熔融的试样设计方法

说明书

本发明属于金属材料断口熔融试样设计技术领域，公开了一种疲劳载荷下金属材料断口局部熔融的试样设计方法，对材料进行热处理工艺，处理方式为将材料加热至860℃，保温2h；然后油淬至室温，再对其进行180℃回火1h，最后空冷至室温；热处理工艺完成后，将材料制成两侧开45°斜向U型槽的形状，或其他形状。本发明设计的试验试样，对其进行压缩疲劳试验，循环次数控制在100万周次以内。试样断裂后，用扫描电镜观察，在断口上发现有大量熔融物。

技术领域

本发明属于金属材料断口熔融试样设计技术领域，尤其涉及一种疲劳载荷下金属材料断口局部熔融的试样设计方法，具体涉及一种疲劳载荷下经过特殊热处理工艺处理的金属材料断口局部熔融的试样设计。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

无论是常温条件下韧性材料的疲劳断裂，还是高温条件下高硬度低韧性材料的疲劳断裂。也无论是哪种疲劳加载模式，比如拉伸、拉压、扭转、弯曲、或者弯扭组合的加载，在疲劳断口上，都呈现的是韧性韧窝断裂、脆性解离断裂、或者两者的组合。但是，迄今为止，从来没有在疲劳载荷下，试样的断口上发现金属的熔融。熔融的发生说明在疲劳断裂的瞬间温度升高到了材料的熔点，达到1500℃。

综上所述，现有技术存在的问题是：

试样疲劳加载时，传统形状试样在试验断裂时无法观察到熔融，所以也无法判断断裂是否引起温升，这导致目前分析断裂机理的方法和理论具有一定的局限性。然而采用本案中的试样，则与传统扭转剪切疲劳试样不同，采取两侧开45°斜向U型槽的方式，试样断裂位置则会位于最小截面处，并保留有一个完整的剪切面，这能使得研究者更好的研究分析金属材料剪切断裂面及断裂机制。

想要在疲劳试验中产生熔融态需要两个因素，其一是上述的两侧开45°斜向U型槽的试样；其二则是制作试样材料的热处理工艺。据我们查阅文献所知，已有大量研究者用相同试样进行高速冲击试验，但从未用该形状试样进行疲劳试验。且材料是否发生熔融与材料热处理工艺有很大关系。无论是高速冲击试验，还是疲劳试验，都没有报道过断面上产生大量的熔融。就当前而言，用上述两侧开45°U型槽试样配合我们材料的热处理工艺，是唯一一个能在断口上观察到大量金属熔融态的疲劳试验。我们对材料的热处理工艺为将材料加热至 860℃，保温2h，然后油淬至室温，再对其进行180℃回火1h，最后空冷至室温。材料的热处理工艺和疲劳试样形状，这两个条件缺一不可。

解决上述技术问题的难度：

通过查阅资料和我们对其它材料的试验，发现其它通过别的热处理工艺的材料，即使做成类似上述的试样形状，也依然得不到金属熔融态。只有我们这个热处理工艺能得到熔融态，其中具体原因目前不是很清楚，还在继续研究中。这是一个比较大的难题。

解决上述技术问题的意义：一个完整的断裂面包含疲劳试验中材料对疲劳动态载荷响应的全部信息，这也是困扰研究者们的一大难题。我们通过采用用于高速冲击试验中的试样作为剪切疲劳试样，这样就把发生断裂的位置局限在特殊区域，试验完毕后保留了完整的信息，研究者们通过分析断口形貌及相关信息就可得出该材料在疲劳试验中的断裂机制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种疲劳载荷下金属材料断口局部熔融的试样设计方法。

本发明是这样实现的，一种压缩疲劳载荷下经过特殊热处理工艺处理的金属材料断口局部熔融的试样设计，所述疲劳载荷下由经过特殊热处理工艺处理的金属材料断口局部熔融的试样设计方法设计的试验试样，在压缩疲劳载荷作用下，断口会发生局部熔融。通俗点讲，把试样拿去做压缩疲劳试验，试样断裂后，断口会发生大量熔融现象。

具体包括：

1)对材料进行热处理工艺，处理方式为将材料加热至860℃，保温2h，然后油淬至室温，再对其进行180℃回火1h，最后空冷至室温。