航空材料力学性能检测方法

在低周疲劳循环的过程中，尤其是在初期，由于循环应力的影响和材料内部结构的变化，材料可能会出现循环不稳定现象，包括循环硬化和循环软化。如果试验为恒定应变幅控制，则应力可能表现为不稳定；试验在恒定应力幅控制下，则应变可能表现为不稳定。图12-3a、b分别给出了在等应变控制和等应力控制条件下的循环硬化和循环软化情况。可以看出，对于循环硬化的情况，在等应变的控制下，随着时间或者循环周次的增加，材料的应力幅逐渐增加；而在等应力的控制下，如果应力幅值较大，随着时间或者循环周次的增加，材料的应变幅可能逐渐减小，如图12-3a所示。另外，对于循环软化的情况，在等应变的控制下，随着时间或者循环周次的增加，材料的应力幅逐渐减小；而在等应力的控制下，随着时间或者循环周次的增加，材料的应力幅逐渐增加，如图12-3b所示。

图12-3 恒应力和恒应变下材料的循环特性

从材料的滞后环也可看出材料在低周疲劳试验过程中的循环硬化和循环软化情况。图12-4给出了恒应变控制条件下低周疲劳过程中的滞后环变化。图中给出n₁循环周次和n₂循环周次对应的两个滞后环。可以看出，n₁滞后环和n₂滞后环的应变范围均为从-ε_i到ε_i，但是，应力峰值分别为σ₁和σ₂，且σ₁＜σ₂。这里，如果假定n₁＜n₂，则材料表现循环硬化；相反，如果假定n₁＞n₂，则材料表现循环软化。

金属材料是产生循环硬化还是产生循环软化取决于材料的初始状态、结构特性以及应变幅和温度等。一般退火状态的延性材料往往表现为循环硬化，而加工硬化的材料则往往表现为循环软化。试验发现，循环特性与材料的R_m/R_p0.2比值有关。当R_m/R_p0.2＞1.4时，表现出循环硬化；R_m/R_p0.2＜1.2时，表现出循环软化；R_m/R_p0.2在1.2～1.4之间时，其循环硬化、软化特性趋势不定，但这类材料一般易于表现为循环稳定。也可用材料拉伸的形变强化指数n来判断，当n＜0.1时，材料表现出循环软化；当n＞0.1时，材料表现出循环硬化或循环稳定。(www.xing528.com)

图12-4 低周疲劳过程中滞后环的变化

循环硬化和循环软化现象与位错运动有关。一些退火金属，在恒应变的循环载荷作用下，由于位错往复运动和交互作用，产生了阻碍位错继续运动的阻力，从而表现出循环硬化。在冷加工后的金属中，已经充满了位错缠结和阻碍，此阻碍在循环加载中被破坏，或在一定沉淀不稳定的合金中，由于沉积结构在循环加载中被破坏，因此，导致循环软化。