ASTM A572 Gr65钢具有优异的力学性能,在输电线铁塔、建筑等领域得到了广泛地使用。但在实际应用中,这些结构往往会承受复杂的循环应力,而传统的疲劳试验方法耗时、耗资。利用疲劳过程中产生的能量耗散、应变累积及微观演化可以快速对材料的疲劳性能进行评定。因此,本课题提出基于能量理论和棘轮效应的材料疲劳性能评定方法,并探究不同循环应力下的微观组织演化机理。本研究可以为材料的结构设计、疲劳极限评定以及剩余疲劳寿命的预测提供可靠依据。论文结合拉伸试验结果,分析了ASTM A572 Gr65钢的力学性能和能量耗散规律;借助于红外热像技术以及疲劳加载后产生的棘轮效应,探究了材料在疲劳加载过程中的能量耗散、应变累积;利用循环稳定状态下的应变累积量与试样表面温升稳定值对材料的疲劳极限进行评定;运用EBSD与SEM等分析测试方法对不同应力状态下的微观组织与疲劳断口进行表征分析,探讨疲劳过程中的微观演化机理。拉伸试验结果表明,ASTM A572 Gr65钢的屈服强度为472 MPa,抗拉强度为555MPa,延伸率为37%。在拉伸过程中,试样产生较大的塑性变形,大量的能量向环境中耗散,从而引起试样表面温度迅速升高。拉伸时温度变化呈现出三个阶段:拉应力小于材料拉伸弹性极限时的温度降低阶段、拉应力超过材料拉伸弹性极限时的温度逐渐上升阶段和试样发生拉伸断裂时的温度陡增阶段。不同循环应力作用下,会产生不同程度的变形及能量耗散,导致试样应变累积量及表面温度值增大。其中,变形主要包括弹性变形以及不可逆的塑性变形。在不可逆变形过程中产生的加工硬化,使试样的应变累积以及表面温度在较短时间内达到稳定值。当循环加载应力的峰值低于材料的疲劳极限时,试样在稳定变形阶段的应变累积量及其表面的温升值较小,试样不会疲劳断裂;当循环应力的峰值超过材料的疲劳极限时,试样在稳定变形阶段的应变累积量及表面温升值相较于前者会有较大的提升,但稳定状态不会长时间保持。在循环应力持续作用下,应变累积量与表面温升值将发生第二次突增,直至试样发生疲劳断裂。循环加载过程中,材料的应变累积及能量耗散呈现相同的变化规律。循环加载过程中,宏观表现为试样塑性应变累积量以及表面温度的升高,微观上则表现为织构、几何必需位错密度的变化及晶粒的演化。随着循环应力峰值的增加,材料内的织构密度不断增大。同时,材料中的几何必需位错密度也显著上升,试样发生明显地加工硬化,且大量的位错堆积在一起形成亚晶界,最终导致材料中的再结晶晶粒逐渐转化为亚结构和变形晶粒。疲劳断口呈现三个区域:裂纹萌生区、裂纹扩展区以及疲劳瞬断区。其中,裂纹扩展区表现出典型的脆性断裂特征,以准解理断裂特征为主,瞬断区则呈现出明显的塑性断裂特征。利用疲劳加载过程中变形稳定阶段的应变累积值与试件表面的温升值对材料的疲劳性能进行评定,得到的疲劳极限分别为453 MPa及423 MPa,与传统疲劳试验方法得到的结果相比误差分别为1.1%及7.6%。