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本文综述了目前国内外对锆-4 合金低周疲劳性能的研究进展。并在此基础上,研究了不同温度(室温和400℃)、不同取向(平行于轧向和垂直于轧向)的再结晶退火态Zr-4合金板材试样的低周疲劳性能。且进一步探讨了氢对Zr-4合金的低周疲劳性能的影响。最后,通过分析合金的低周疲劳断口,对其疲劳断裂机理进行了分析总结。 试验结果表明:合金的低周疲劳性能受温度、试样取向以及试样状态等因素的影响。其低周疲劳均遵循Coffin-Manson关系;且滞后环能量曲线均满足立方金属遵循的幂指数关系方程W_H=hΔε_p~w。 试样取向对再结晶退火态Zr-4合金在室温下的低周疲劳将产生影响。R向试样的低周疲劳性能明显优于T向试样的低周疲劳性能。但在室温下,R向及T向试样具有相同的循环特性,均表现为随应变幅的不同而不同,当应变幅高于0.8%时,呈现出先循环硬化而后循环软化直至最后断裂的现象。而当应变幅低于0.8%时,呈现为一致循环软化直至最后断裂。且在相同的应变幅下,T向试样比R向试样具有更高的循环流变应力。此外,对R向及T向试样,低应变幅下呈现出循环软化现象是因为晶粒旋转导致循环软化;而在高应变幅下发生循环硬化是由于孪晶作用的结果。 温度对Zr-4合金的低周疲劳性能影响较明显。在低应变幅区,合金在室温下的低周疲劳性能明显优于在400℃下的低周疲劳性能。但随着应变幅的增加,室温和400℃下合金的疲劳寿命趋于接近。在400℃下,合金表现出与常温下不同的循环特性,其循环稳定滞后回线出现锯齿状波形,且在整个疲劳过摘要程中呈现出一致循环硬化的现象,这主要是因为合金在400℃下发生动态应变时效效应的结果。 室温下对试样渗氢约200雌/g。与室温下未渗氢态试样相比,渗氢后R向试样的低周疲劳性能稍稍优于未渗氢态R向试样,但对T向Zr一4合金试样,渗氢对其室温低周疲劳性能几乎没有影响。此外,渗氢后R向试样的低周疲劳性能明显优于渗氢T向试样的低周疲劳性能。与室温下未渗氢态试样相比,渗氢后合金的循环特性不变。 Zr一4合金的低周疲劳断口上,所有裂纹都起源于试样最窄处的侧表面,并逐渐向内部扩展。常温疲劳断口和高温疲劳断口有着较大差别。常温下,R向试样的低应变幅疲劳断口上较为明显的特征是疲劳条纹的存在;T向试样的疲劳裂纹扩展区断口上则为轮胎痕花样;渗氢态试样室温下疲劳断口的主要特征为脊骨状花样和准解理断裂特征。而400℃下,疲劳断口最明显的特征是大量二次裂纹的存在。