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超细晶纯钛在航空航天、发电及人体植入件等范围有着普遍的应用,是目前应用较为广泛的一种超细晶材料。在航空、发电领域应用当中,材料不但需要在高应力情况下工作承受着波动载荷,并且要保证一定的使用寿命,这就要求其具备较高的疲劳强度。因而探讨非对称载荷下的超细晶纯钛低周疲劳寿命有着重要的意义。工业纯钛通过等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)之后进行旋锻(Rotary Swaging,RS),最终制备出晶粒尺寸达到纳米级的超细晶纯钛,细化后材料的抗拉强度和屈服强度有大幅度提升,变形过程中,ECAP累积真应变可达~0.93,轧制和旋锻累积真应变可达~1.39,总累积真应变~2.42。在室温下对超细晶纯钛实施应变比分别为-1、-0.5、0.5的应变控制低周疲劳试验,每个应变比对应选择五个应变幅(0.4%,0.6%,0.9%,1.0%,1.2%)。通过TEM(透射电镜)和SEM(扫描电镜)对微观组织和疲劳断口形貌进行观察。本文研究了应变比对超细晶纯钛循环硬化软化现象、循环应力应变关系及疲劳寿命的影响,并且对非对称应力载荷下的疲劳寿命预测模型和平均应力松弛模型进行探讨。研究结果表明:应变比增大使得超细晶纯钛循环硬化现象更为显著,应变比越大超细晶纯钛低周疲劳寿命越低。由于应变比显著影响超细晶纯钛的低周疲劳性能,因此传统的Manson-Coffin模型难以准确预测非对称循环下的疲劳寿命。本文提出SWT平均应力修正模型和三参数幂平均应变修正曲面模型,最终得出三参数幂曲面模型具有更好代表性的结论。通过研究R≠-1情况下的平均应力松弛现象,揭示出应变比和应变幅为显著影响平均应力松弛速率的因素,并计算出以两者为变量的平均应力松弛模型,用于描述不同应变比下超细晶纯钛的平均应力松弛现象。由透射电镜进行微观组织观察可知,低周疲劳高应变比情况下亚晶晶粒尺寸小,数量多,阻碍位错运动,使得材料发生循环硬化。由扫描电镜观察到的试样断口形貌可知,超细晶纯钛瞬断区为韧性和准解理断裂的混合形貌。在相同应变幅下,应变比增大,材料韧窝明显变大变深,可见随着应变比的增加,材料的韧性增加了。应变比增大超细晶纯钛裂纹源增多,应变幅增大超细晶纯钛也会由一个裂纹源转变为多源失效,因此应变幅和应变比增大均导致疲劳裂纹源增多。