中国科学院金属研究所张哲峰研究员：金属材料疲劳强度最优化准则

【引言】

疲劳失效是金属材料失效的主要方式，金属材料的疲劳强度已经成为工程构件选材的一个重要指标；而提高金属材料的疲劳强度也一直是疲劳领域的一个重要研究课题。19世纪，Wöhler总结发现提高金属材料的抗拉强度就可以提高其疲劳强度，但随着高强钢等新材料的出现，人们发现很难通过不断地提高金属材料的抗拉强度来提高其疲劳强度。因此，需要提出新的理论来实现金属材料疲劳强度的最优化。

【成果简介】

近日，中国科学院金属研究所王斌博士、张鹏副研究员和张哲峰研究员在Materials Science and Engineering: A上发表了最新的研究成果“An optimization criterion for fatigue strength of metallic materials”。 在该文中，研究人员对金属材料拉伸性能与疲劳强度之间关系进行了研究，分析了影响金属材料疲劳强度的主要材料属性，结合金属材料的塑性变形与损伤机制提出了金属材料疲劳强度的优化准则。

【图文导读】

图1 抗拉强度和延伸率的关系

图2 失稳强度线和局部强度线的示意图

图3 高强钢疲劳强度验证

（a）预变形Fe-30Mn-0.9C TWIP钢的真应力-延伸率关系
（b）预变形Fe-30Mn-0.9C TWIP钢的疲劳强度和抗拉强度的关系
（c）18Ni马氏体时效钢真应力-延伸率关系
（d）18Ni马氏体时效钢的疲劳强度和抗拉强度的关系

图4 铝铜合金疲劳强度验证

（a）Cu-5Al合金的真应力-延伸率关系
（b）Cu-5Al合金的疲劳强度和抗拉强度的关系
（c）Cu-15Al合金的真应力-延伸率关系
（d）Cu-15Al合金的疲劳强度和抗拉强度的关系

【小结】

本文提出了一个实现金属材料疲劳强度最优化的准则，并用高强钢和铜铝合金的实验数据进行了验证。本文指出在保持一定加工硬化能力的前提下，尽量提高金属材料的抗拉强度就可以实现疲劳强度的提高。金属材料真实抗拉强度和延伸率之间的关系可以通过两条直线来描述，这两条直线的交点就是最优疲劳强度点所在的位置。

文献链接：An optimization criterion for fatigue strength of metallic materials（Materials Science and Engineering: A，2018，doi.org/10.1016/j.msea.2018.08.085）。

本文由材料人编辑部金属组 杨树 供稿，材料牛编辑整理。

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