铜铝复合接触线用银铜合金疲劳试验张迎晖孙洪波肖翔熊仕显杨斌(江西理工大学材料与化学工程学院)摘要通过采用不同应变幅控制,对不同变形量冷拉银铜合金进行室温低周疲劳试验。结果表明,随着应变幅的增大,滞后环面积也随之增大;随着循环周次的增加,循环应力逐渐降低,从而产生疲劳软化;加工率为38%的银铜合金循环周期大于加工率为19%的银铜合金循环周期;试样断裂后存在三个明显疲劳特征区:裂纹源、裂纹扩展区、瞬断区;银铜合金的裂纹扩展具有穿晶和沿晶两种方式。关键词银铜合金;滞后回线;疲劳裂纹;接触线中图分类号TF125.2文献标志码A文章编号1001-2249(2009)12-1172-03DOI:10.3870/tzzz.2009.12.030收稿日期:2009210225基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2006AA03Z531);江西省科技支撑计划项目(2007BG13000)第一作者简介:张迎晖,女,1968年出生,教授,江西理工大学材料与化学工程学院,江西赣州(341000).电话:0797-8312204,13979764105,E-mail:zyh0727@sohu.com通讯作者:杨斌,男,1965年出生,教授,江西理工大学材料与化学工程学院,江西赣州(341000),电话:0797-8312015,E-mail:yangbin65@126.com电气化铁路的高速化已经成为国家发展水平和铁路现代化的主要标志之一,接触线是铁路接触网中最重要的组成部分。电力机车功率的提高以及车速的加快,对接触线的性能提出了更高的要求。在受电弓抬升力的作用下,接触线很容易产生振动,振动的频率越高、振幅越大,导线越易疲劳,寿命也就越短,因此,就要求接触线有高的疲劳强度[1～4]。本课题研究了铜铝复合接触线[5]用银铜合金的疲劳性能,对其使用寿命和设计具有极积的参考意义。1试验方法试验材料为Cu20.1Ag合金,屈服强度为270MPa,弹性模量为115GPa。疲劳试样按国家标准GB3075282制作。标距尺寸为:<6mm×18mm。对变形量分别为38%、19%的Cu20.1Ag合金试样采用0.35%、0.40%、0.45%、0.50%、0.55%、0.60%应变幅进行疲劳试验,加载至试样断裂或应力幅下降80%为止,测试在不同应变幅下疲劳循环次数;在扫描电镜上观察疲劳试样断口形貌,在光学显微镜上对断口纵剖面裂纹形成部位和扩展方式进行观察分析。2疲劳试验结果与分析2.1循环应力2应变曲线(滞后回线)图1为变形量38%的Cu20.1Ag合金在0.35%、0.40%、0.50%、0.55%应变幅下的循环应力2应变曲线。由于应力和应变不同步,使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线,这个封闭回线称为滞后回线。滞后回线的存在说明加载时材料吸收的变形功大于卸载时材料释放的变形功,有一部分加载功被材料所吸收。被材料吸收的功也称为材料的内耗,其大小为回线的面积[6,7]。在给定的应变幅的条件下,滞后回线则给出每次循环大约需要消耗的能量[8,9]。滞后回环的形状取决于应变幅。从图1中可知,在低应变幅下,滞后回线细长而尖锐;随着应变幅的增加,滞后回线变宽,张开的幅度增大,即滞后环面积也随之增大,材料的内耗增加。(a)ε·=0.35%(b)ε·=0.40%(c)ε·=0.50%(d)ε·=0.55%图1变形量为38%的Cu20.1Ag合金滞后回线2.2循环应力响应曲线图2为变形量为38%的Cu20.1Ag合金在0.45%、0.50%应变幅下的循环应力响应曲线。由图2对比分析可知,合金随循环周次的增加应力逐渐降低,这是由于冷加工后的合金充满了位错缠结和障碍,在循环加载2711重有色合金特种铸造及有色合金2009年第29卷第12期中逐渐被破坏,从而产生软化。每个试样随试验的进行都出现循环软化,每个试样的压应力、拉应力在整个试验中都基本呈同期对称变化。在试验的后期压应力和拉应力变化幅度都很大,这是因为此时试样中产生了裂纹,裂纹的扩展不需要很大的应力,应力值均减小。(a)ε·=0.45%(b)ε·=0.50%图2变形量为38%的合金应变的循环应力响应曲线3Cu20.1Ag合金低周疲劳断口特征3.1疲劳裂纹源图3为变形量为38%、应变幅为0.45%的Cu20.1Ag合金疲劳断口试样的扫描电镜照片。从图3a中可以看到疲劳断裂后的3个明显特征区:疲劳核心区、疲劳裂纹扩展区、瞬断区。疲劳核心(或称疲劳源)是疲劳裂纹萌生的发源地,是疲劳裂纹最初形成的地方,多出现在机件表面应力集中的位置,常和缺口、刀痕、蚀坑等缺陷相连,但若材料内部存在严重的冶金缺陷(夹杂、缩孔、偏析、白点等),也会因局...
