【摘 要】
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工业纯铁具有单一铁素体组织,综合强韧性好,是良好的软磁材料,广泛应用于电子工业等领域。同时,工业纯铁还具有钢铁材料的典型元素和结构,对研究体心立方结构（Body-centered cubic,BCC）金属具有基础性意义。关于工业纯铁疲劳变形后微观位错结构、宏观应力应变及断裂行为等已有大量研究,但对细观层次上疲劳变形机理研究尚存不足。因此,本文以工业纯铁为研究对象,将电子背散射衍射（Electron
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工业纯铁具有单一铁素体组织,综合强韧性好,是良好的软磁材料,广泛应用于电子工业等领域。同时,工业纯铁还具有钢铁材料的典型元素和结构,对研究体心立方结构（Body-centered cubic,BCC）金属具有基础性意义。关于工业纯铁疲劳变形后微观位错结构、宏观应力应变及断裂行为等已有大量研究,但对细观层次上疲劳变形机理研究尚存不足。因此,本文以工业纯铁为研究对象,将电子背散射衍射（Electron Backscattered Diffraction,EBSD）分析和晶体塑性有限元（Crystal Plasticity Finite Element Method,CPFEM）模拟相结合,从细观尺度研究工业纯铁低周疲劳的组织形态演变;同时,采用X射线衍射（X-Ray Diffraction,XRD）分析位错密度,综合讨论退火态工业纯铁低周疲劳早期变形机理。主要研究内容及结论如下:（1）由宏观应力应变响应和表面形貌变化可得,工业纯铁疲劳变形1000周（6%疲劳寿命）可以分为三个阶段:加载初期（0-2周）,工业纯铁发生快速硬化,个别晶粒内部出现滑移带;加载中期（2-100周）,硬化速率逐渐减缓,表面形貌无明显变化;加载后期（100-1000周）,工业纯铁内部出现大量波浪状滑移带,晶粒内部变形严重,晶界处表面起伏明显增加,粗糙度Ra从0.27μm快速增加至0.52μm。（2）由XRD分析可得,工业纯铁疲劳变形后,最强峰（110）整体向左偏移,材料内部残余应力增加,疲劳1周时最为明显。采用修正的Williamson-Hall积分宽度法和修正的Warren-Averbach傅里叶积分法表征位错密度,初始态位错密度为2.6×1014m-2,疲劳加载1000周后增加到6.2×1014m-2。（3）工业纯铁疲劳0-1000周期间,晶粒完整,没有明显择优取向。局域取向差（Local Misorientation,ML）变化与位错密度变化趋势基本一致。加载初期,0.6-0.9°的小角度晶界增加;加载中期,小角度晶界变化不明显;加载后期,0.6-1.2°的小角度晶界快速增加。分析三个特征取向<001>、<101>和<111>的ML变化发现,加载初期和中期三者均值的变化趋势一致,<001>取向在加载后期迅速增加,损伤最为严重。（4）CPFEM二维多晶模拟表明,加载初期,加载方向应变LE11快速增加,加载中期,LE11分布基本不变,晶粒内部Von Mises应力逐渐增加,主要集中在晶界和三晶粒的交界处。同时,<001>取向的晶粒更容易发生变形,产生应力集中,与实验结果吻合。
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