TA2（金(jin)属牌(pai)号(hao)）是按工业(ye)纯(chun)钛(tai)的(de)所(suo)含杂质元素等(deng)级(ji)划(hua)分而得，其杂质含量(liang)及力(li)学(xue)性能一(yi)般(ban)都(dou)介(jie)于(yu)TA1和TA3之间(jian)。与(yu)其(qi)他(ta)金(jin)属(shu)材料(liao)相(xiang)比(bi)，其(qi)具(ju)备良好(hao)的比强度(du)、抗(kang)冲击(ji)、焊(han)接性、抗腐(fu)蚀、生物(wu)兼容(rong)等(deng)性能，因此(ci)在(zai)船(chuan)舶(bo)制(zhi)造(zao)、航(hang)天航(hang)空、生物医(yi)疗(liao)等(deng)重(zhong)要工(gong)业(ye)科(ke)技领(ling)域中具有(you)巨大使用价值(zhi)［1-2］。在(zai)材料(liao)的日常工业(ye)应(ying)用(yong)中，零(ling)件(jian)材料(liao)难(nan)免会受(shou)到(dao)循(xun)环载荷(he)，以(yi)致影响整(zheng)个(ge)部(bu)件(jian)的(de)使(shi)用安(an)全。近(jin)几(ji)十(shi)年来(lai)，国(guo)内(nei)外(wai)学者在(zai)各种(zhong)材(cai)料(liao)循(xun)环载(zai)荷(he)的力学(xue)行(xing)为及(ji)仿真模拟方(fang)面(mian)已有(you)一些研(yan)究(jiu)，但(dan)在循(xun)环载荷(he)频次与(yu)力(li)学行(xing)为(wei)关(guan)联(lian)关系方面(mian)却少(shao)有论(lun)述(shu)。本(ben)文(wen)以TA2为研(yan)究对象(xiang)，考虑循(xun)环(huan)载(zai)荷(he)次(ci)数对材(cai)料(liao)力学(xue)性能(neng)的影(ying)响(xiang)，通过(guo)对(dui)比测(ce)试(shi)，得到(dao)TA2材料在(zai)不(bu)同(tong)次数的循环载(zai)荷(he)下(xia)力学性能(neng)数(shu)据并对(dui)其进(jin)行(xing)分(fen)析(xi)。
1、实验材料(liao)与(yu)方(fang)法(fa)
1.1实验(yan)材(cai)料(liao)
选(xuan)取直(zhi)径(jing)为(wei)3mm、硬(ying)度为(wei)148.3HV0.1的工(gong)业纯(chun)钛（TA2）钛(tai)丝材(cai)，以(yi)其(qi)为研究(jiu)对象，化学(xue)成(cheng)分(fen)按(an)照GB/T4698采(cai)用(yong)化学元(yuan)素滴(di)定(ding)法(fa)测得(de)，结果列(lie)于表(biao)1。
1.2实验(yan)方(fang)法
将(jiang)TA2材料(liao)放(fang)置(zhi)于(yu)1000℃高温(wen)炉中(zhong)保温1h后空(kong)冷处(chu)理，获(huo)得(de)退火态试(shi)样(yang)TA2/M。对试样横(heng)向和(he)纵(zong)向(xiang)截(jie)面分别取样进行抛(pao)光(guang)，然后(hou)用(yong)氢(qing)氟(fu)酸+硝(xiao)酸+水溶液（体积(ji)比(bi)为2∶1∶17）进(jin)行(xing)侵(qin)蚀(shi)，获得(de)TA2/M金相(xiang)试样(yang)，利(li)用LeicaDM-4000M正(zheng)置(zhi)金(jin)相(xiang)显(xian)微(wei)镜仪器对其观察。图1为(wei)试(shi)样TA2/M的(de)显微金(jin)相结构。从图1可(ke)见，在三维(wei)空间(jian)出(chu)现魏(wei)氏ɑ相，其为(wei)层(ceng)片集束(shu)形(xing)式(shi)，这是由(you)于形(xing)核(he)长(zhang)大过(guo)程(cheng)中(zhong)β相向(xiang)低(di)温(wen)同素异构ɑ转(zhuan)变(bian)的(de)一种产(chan)物(wu)。
将单(dan)轴拉(la)伸与不同(tong)循环载荷(he)次数(shu)下的退火(huo)态(tai)TA2的力(li)学性能进(jin)行对比(bi)研(yan)究。拉伸(shen)及(ji)循环(huan)载荷(he)实验的(de)位(wei)移(yi)速(su)率均为1mm·min−1，循(xun)环(huan)载(zai)荷(he)实(shi)验(yan)在(zai)应(ying)变0.5%时开(kai)始，每(mei)次经过(guo)等量(liang)应变后采用(yong)力(li)控制(zhi)进(jin)行卸(xie)载(zai)至0N，再重新加(jia)载，依(yi)次(ci)循(xun)环，直(zhi)至(zhi)试(shi)样断(duan)裂。
2、结果与讨论(lun)
对(dui)单轴拉(la)伸(shen)及(ji)循环载(zai)荷(he)下TA2/M在(zai)屈服后期(qi)—塑(su)性变(bian)形—紧(jin)缩阶段(duan)的(de)材料力(li)学(xue)行为进(jin)行(xing)了(le)研究(jiu)，其应(ying)力(li)-应变曲(qu)线(xian)如图(tu)2所示。从(cong)图(tu)2可见(jian)：TA2/M单(dan)轴拉伸(shen)强(qiang)度为(wei)431MPa，循环(huan)载(zai)荷10次的TA2/M试样(yang)的抗拉(la)强度(du)为(wei)425MPa，而循(xun)环(huan)载荷(he)20次(ci)的(de)TA2/M试样(yang)的(de)抗拉强度(du)为421MPa；随着循环加(jia)载(zai)次数(shu)的(de)增(zeng)多，塑(su)性变形阶(jie)段(duan)的拉伸应力出(chu)现(xian)缓(huan)慢上升(sheng)，这(zhe)是(shi)由(you)于TA2丝(si)材在(zai)循环(huan)载荷过(guo)程(cheng)中位(wei)错发(fa)生(sheng)了(le)相应的(de)滑(hua)移(yi)，原(yuan)有晶粒(li)被拉长，位(wei)错(cuo)密度(du)增(zeng)加且几何(he)必(bi)要位错得(de)到不(bu)断(duan)积累；循环(huan)载(zai)荷(he)后(hou)的TA2/M相比单轴拉伸，材(cai)料(liao)的(de)断(duan)后伸长(zhang)率也(ye)有明(ming)显增加，在循环(huan)载(zai)荷(he)20次(ci)范(fan)围(wei)内，断后伸长(zhang)率会(hui)随(sui)循(xun)环载(zai)荷(he)次数的增(zeng)多(duo)而增(zeng)大(da)。
图(tu)3为背(bei)应力(li)和(he)有(you)效(xiao)应力计算(suan)关(guan)系(xi)示意(yi)图(tu)，表示(shi)在循环(huan)载荷20次(ci)过(guo)程中的一个(ge)应(ying)力幅(fu)。其中，σr为循(xun)环(huan)载荷(he)过程中(zhong)的(de)加载屈(qu)服应力(li)、σu为(wei)卸(xie)载(zai)应力(li)［3-5］、σflow为流变(bian)应力(li)，影(ying)响应力幅(fu)的主(zhu)要(yao)因(yin)素是有(you)效应(ying)力σeff和(he)背应(ying)力(li)σback，他们(men)的(de)计(ji)算关(guan)系如下(xia)面(mian)公(gong)式所(suo)示(shi)［6］。
图(tu)4为(wei)背应力和(he)有(you)效应力(li)随(sui)应(ying)变变(bian)化(hua)的(de)曲线(xian)。从(cong)图4可见，在屈服(fu)点(dian)附近(jin)时有效应力和(he)背应(ying)力相(xiang)当(dang)，在(zai)塑性变形阶段（应变大于(yu)0.5%）背应力(li)对流(liu)变(bian)应力的影(ying)响(xiang)逐渐(jian)大于有(you)效(xiao)应(ying)力(li)，在颈(jing)缩阶(jie)段背应力(li)和有(you)效应(ying)力(li)均(jun)呈(cheng)现下降趋(qu)势，这是因(yin)为(wei)加工(gong)硬化(hua)率(lv)在塑(su)性(xing)变形阶段(duan)就(jiu)已经急(ji)剧下(xia)降(jiang)。
3、结论(lun)
（1）对比(bi)单(dan)轴(zhou)拉(la)伸与不(bu)同循环载(zai)荷次数(shu)下(xia)TA2/M的力(li)学(xue)性(xing)能(neng)发现，循环载(zai)荷(he)后(hou)的TA2/M相比单轴拉伸的断(duan)后伸长率(lv)明(ming)显增加(jia)，且在(zai)循(xun)环载(zai)荷(he)20次(ci)范围内(nei)断(duan)后伸长(zhang)率(lv)会随(sui)循(xun)环载(zai)荷次(ci)数的(de)增多而(er)增大。
（2）由(you)于(yu)TA2钛(tai)丝材(cai)在循(xun)环载(zai)荷(he)过(guo)程(cheng)中位(wei)错(cuo)发生(sheng)了(le)相(xiang)应(ying)的(de)滑(hua)移(yi)，原有晶粒被拉(la)长，位(wei)错密度(du)增(zeng)加(jia)且(qie)几(ji)何必(bi)要(yao)位错(cuo)得(de)到(dao)不(bu)断积累(lei)，因此(ci)随(sui)着循环(huan)加(jia)载(zai)次数(shu)的增多，TA2/M的塑性(xing)变形阶(jie)段(duan)的拉伸应力出现缓慢上(shang)升。
（3）由于TA2/M在塑(su)性(xing)变形(xing)阶段(duan)加工硬(ying)化率(lv)的急剧下(xia)降(jiang)，使(shi)得材(cai)料在颈缩(suo)阶(jie)段(duan)背应(ying)力(li)和(he)有效应(ying)力(li)均呈(cheng)现(xian)下(xia)降(jiang)趋势(shi)。
参(can)考文献：
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