中國科學院金屬研究所張哲峰研究員：金屬材料疲勞強度最優化準則

【引言】

疲勞失效是金屬材料失效的主要方式，金屬材料的疲勞強度已經成為工程構件選材的一個重要指標；而提高金屬材料的疲勞強度也一直是疲勞領域的一個重要研究課題。19世紀，W?hler總結發現提高金屬材料的抗拉強度就可以提高其疲勞強度，但隨著高強鋼等新材料的出現，人們發現很難通過不斷地提高金屬材料的抗拉強度來提高其疲勞強度。因此，需要提出新的理論來實現金屬材料疲勞強度的最優化。

【成果簡介】

近日，中國科學院金屬研究所王斌博士、張鵬副研究員和張哲峰研究員在Materials Science and Engineering: A上發表了最新的研究成果“An optimization criterion for fatigue strength of metallic materials”。 在該文中，研究人員對金屬材料拉伸性能與疲勞強度之間關系進行了研究，分析了影響金屬材料疲勞強度的主要材料屬性，結合金屬材料的塑性變形與損傷機制提出了金屬材料疲勞強度的優化準則。

【圖文導讀】

圖1 抗拉強度和延伸率的關系

圖2 失穩強度線和局部強度線的示意圖

圖3 高強鋼疲勞強度驗證

（a）預變形Fe-30Mn-0.9C TWIP鋼的真應力-延伸率關系
（b）預變形Fe-30Mn-0.9C TWIP鋼的疲勞強度和抗拉強度的關系
（c）18Ni馬氏體時效鋼真應力-延伸率關系
（d）18Ni馬氏體時效鋼的疲勞強度和抗拉強度的關系

圖4 鋁銅合金疲勞強度驗證

（a）Cu-5Al合金的真應力-延伸率關系
（b）Cu-5Al合金的疲勞強度和抗拉強度的關系
（c）Cu-15Al合金的真應力-延伸率關系
（d）Cu-15Al合金的疲勞強度和抗拉強度的關系

【小結】

本文提出了一個實現金屬材料疲勞強度最優化的準則，并用高強鋼和銅鋁合金的實驗數據進行了驗證。本文指出在保持一定加工硬化能力的前提下，盡量提高金屬材料的抗拉強度就可以實現疲勞強度的提高。金屬材料真實抗拉強度和延伸率之間的關系可以通過兩條直線來描述，這兩條直線的交點就是最優疲勞強度點所在的位置。

文獻鏈接：An optimization criterion for fatigue strength of metallic materials（Materials Science and Engineering: A，2018，doi.org/10.1016/j.msea.2018.08.085）。

本文由材料人編輯部金屬組 楊樹 供稿，材料牛編輯整理。

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