《表2 超声冲击对材料疲劳性能的影响》

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《超声冲击纳米化的研究现状与进展》

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对于工程材料，服役过程中常常由表面萌生裂纹进而引起疲劳断裂。研究表明，粗大晶粒可以有效延缓裂纹扩展，纳米细晶可以有效抑制裂纹萌生。自纳米化技术可在材料表面形成纳米晶，并获得尺寸梯度分布的功能结构，还可产生外加的表层残余压应力，是提高工程材料寿命的有效方法。表2中列出了部分材料经UNSM处理后的疲劳强度与未处理前这些材料屈服强度和拉伸强度的对照，疲劳极限值均为大于107周次的数据。实验表明，在长寿命疲劳领域，超声冲击对于旋转弯曲试件可提升疲劳强度极限30%以上，对轴向拉压试件可增加疲劳强度10%左右。拉压疲劳状态下，截面应力均匀，产生内部裂纹的原因主要还是夹杂、缺陷或冲击诱导产生的近表面硬化相；旋转弯曲因为对表面状态更敏感，表层纳米晶的引入有效改善了表面性能，从而弯曲疲劳试验中的提升幅度更大。内部裂纹通常在100～250μm的粗晶变形层内，残余压应力在此区域迅速减小，塑性和韧性同时降低。大部分材料经超声冲击处理后的疲劳极限应力区间为（0.50～0.65）σb，而表2中未作冲击处理试件的疲劳极限在（0.42～0.54）σb内。对奥氏体不锈钢，疲劳强度极限几乎与拉伸强度相当，说明超声冲击过程中产生了强度更高的相。