合金元素对Fe-Mn-Si系合金低周疲劳行为的影响

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使用低屈服点钢阻尼器是提高建筑物抗震性能的重要技术手段。目前常用的(超)低碳铁素体钢具有有限的低周疲劳寿命而无法满足日益严苛的抗震防护需求。低层错能Fe-Mn-Si系合金可以拥有低屈服强度和优良低周疲劳性能,潜在成为新型抗震阻尼材料。研究表明,Fe-Mn-Si系合金优良的低周疲劳性能与拉伸-压缩循环变形过程中发生的(?)马氏体相变和位错运动密切相关,而这可以通过合金成分来调节。本文分析比较了6Si、4Si、4Si1.0Al、4Si1.4Al、2.8Ni和Ni Cu合金的力学性能,并以具有不同低周疲劳寿命的6Si和4Si1.4Al为研究对象,重点研究了疲劳变形过程中的微观组织结构演变及变形机制,以揭示合金元素对Fe-Mn-Si系合金低周疲劳行为的影响。研究发现,对于Fe-Mn-Si系合金而言,降低Si含量,添加Al、Ni和Cu元素都有益于降低合金的加工硬化率,提高合金准静态塑性。而且Al、Ni和Cu元素的添加使合金在低周疲劳变形过程中表现出三阶段硬化行为,提高合金低周疲劳寿命。进一步研究表明,关键合金元素(Si、Al、Ni、Cu)可以通过影响层错能影响合金微观组织结构演变及疲劳变形机制从而影响合金低周疲劳行为。6Si的层错能较低,变形机制以无限解离的不全位错平面滑移和应力诱发ε马氏体相变为主,塑性可逆性较差,循环硬化程度高,疲劳寿命为2093周次,微观结构主要为厚ε马氏体板;4Si1.4Al具有中等层错能,变形机制以有限解离的不全位错平面滑移和应变诱发ε马氏体相变为主,具有高塑性可逆性,疲劳寿命达到7647周次,在疲劳变形过程中表现出初始循环硬化、循环软化、二次循环硬化,相对应的主要特征分别是不全位错的增殖,滑移带的连续形成和高度可逆的马氏体相变,马氏体厚板和交叉板数量的显著增加。
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