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本文以20钢和40Cr钢为研究对象,探讨了脉冲电流对金属材料中残余应力弛豫和疲劳损伤恢复的影响。实验中,脉冲电流由电容器放电产生;用X射线应力分析仪测量残余应力,用光学显微镜和透射电镜(TEM)分析脉冲电流处理前后试样微观结构的变化。
有关残余应力弛豫的实验结果表明,脉冲电流能有效地弛豫40Cr钢中的淬火残余应力,当电流密度达到6.3kA/mm2时,残余应力能够在700μs的时间内完全消除,而试样的温升只有360℃,脉冲电流处理后,试样的结构没有发生变化;对电流热效应的分析结果表明,虽然它对残余应力的弛豫有一定作用,但不是主要因素。脉冲电流作用下残余应力弛豫的主要原因可能是:电流的电致塑性效应降低了材料的屈服强度,从而使得试样在因快速升温而产生的热压应力和残余应力的共同作用下发生了微量的塑性变形。
有关疲劳损伤恢复的实验结果表明,先预疲劳一定周次(主导裂纹形成之前),然后用适当条件的脉冲电流处理,再继续加载至失效的B组试样,其总的疲劳寿命比原始疲劳寿命有了显著提高,而在相同的脉冲电流处理和疲劳试验条件下,先用脉冲电流处理,再直接疲劳至断裂的C组试样的疲劳寿命却几乎没有变化;通过对脉冲电流处理前后试样微观结构的分析和力学性能的比较,说明B组试样疲劳寿命的提高并不是材料在脉冲电流的作用下发生了强化,而是由于脉冲电流部分地消除了预疲劳阶段积累的疲劳损伤。脉冲电流作用下疲劳损伤恢复的可能机制是由于电子与位错的相互作用而使预疲劳阶段积聚的位错部分湮灭和均匀化,另外微裂纹可能在脉冲电流处理过程中由于压应力的作用而愈合。