近日，我院博士生雷宇在镁合金领域专业学术期刊《Journal of Magnesium and Alloys》（中科院一区TOP，IF：11.862）发表了题为“Experimental study on uniaxial ratchetting-fatigue interaction of extruded AZ31 magnesium alloy with different plastic deformation mechanisms”的研究成果，康国政教授为通讯作者，合作者包括李航博士、刘宇杰副教授和王子仪博士。
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镁合金作为最轻的绿色环保和生态金属结构材料，近年来被广泛应用于汽车、航空航天等各类传统制造行业以及生物医学、充电电池等新兴领域。在实际应用中，镁合金结构会不可避免地承受交变载荷，从而引起结构疲劳失效。特别是在应力控制循环变形过程中产生的棘轮变形（累积塑性变形）对于镁合金材料的疲劳寿命有明显的影响。由于挤压镁合金中织构的存在（图2）以及不同变形机制的交互作用（即，位错滑移和孪生/解孪），材料会表现出与其他面心立方和体心立方结构金属不同的循环变形和疲劳失效行为。目前针对镁合金的棘轮-疲劳交互作用的实验研究较少，因此，还需要更系统的实验研究来对比和分析不同变形机制对镁合金全寿命棘轮行为演化特征和疲劳失效寿命的影响。
本研究在室温下对挤压变形AZ31镁合金进行较为系统的单轴棘轮-疲劳交互作用实验研究，揭示不同塑性变形机制作用下，AZ31镁合金的单轴全寿命棘轮行为和疲劳失效寿命的演化特征，并讨论平均应力、应力幅值以及应力率对镁合金单轴棘轮-疲劳交互作用的影响，为后续的材料本构关系和疲劳失效模型研究提供实验基础。
图2挤压AZ31镁合金显著的基面织构
本研究重点关注挤压AZ31镁合金中主导塑性变形的不同机制，主要探究了三种塑性变形机制主导下的全寿命棘轮行为和疲劳寿命，即孪生/解孪变形主导（图3（a））、位错滑移主导（图3（b））和三种变形机制共同主导（图3（c））。通过实验研究发现，棘轮变形的产生导致镁合金材料疲劳寿命的缩短，如图4（a）所示。此外，通过实验发现在滑移、孪生和解孪机制交互作用时疲劳寿命随平均应力的增大而先增大后减小这一特殊现象，如图4（b）。
图3挤压AZ31镁合金不同应力水平下的应力-应变响应：（a）平均应力为负；（b）平均应力为正且较高；（c）平均应力为正且较低
图4（a）应变和应力控制循环下应变幅值与疲劳寿命之间的关系；（b）平均应力与疲劳寿命之间的关系
上述研究工作得到了国家自然科学基金（No.11532010）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jma.2021.03.018
