169 / 2021-04-13 16:56:46

LPSO强化镁合金超长寿命疲劳损伤行为的微观机制研究

长寿命疲劳；镁合金；疲劳裂纹萌生；长周期堆垛有序结构；位错运动

含长周期有序堆垛(LPSO)结构的强化镁合金微观组织独特，拥有优越的静力学性能，尤其是优异的高温力学性能，但人们其长寿命疲劳失效机制缺乏认识，其作为结构材料在航空航天、汽车领域的应用仍受限制。本工作对Mg-Gd-Y-Zn系镁合金在超长寿命疲劳区间的微区塑性累积、裂纹萌生与扩展行为进行了系统研究，揭示了LPSO结构对疲劳损伤行为影响的微观机理。发现低应力循环荷载下LPSO片层完全抑制了非基面滑移和孪晶，材料的变形仅通过基面滑移实现；疲劳裂纹萌生于基面滑移带，萌生过程受LPSO相的影响较小，但在扩展阶段小裂纹受至极大的阻碍，具体表现在（1）裂纹路径受LPSO片层作用呈现“之”字型形貌，同时（2）疲劳裂纹扩展门槛值也随LPSO的引入而增大。因此，小裂纹与微结构的相互作用使LPSO强化镁合金超长寿命疲劳性能得到一定的提升。同时针对LPSO片层对疲劳裂纹萌生行为限制不足的问题，本工作提出通过适当的预变形引入阻碍基面滑移的障碍，将有望大幅提升Mg-Gd-Y-Zn的超长寿命疲劳性能。