摘要
随着现代工业的快速发展，越来越多的微型器件被广泛应用。金属材料在微观尺度的性能和宏观尺度有较大的差别，而目前对于微尺度金属材料的循环弯曲变形和损伤机理的研究相对较少，主要原因是微尺度试样制备和精确施加循环变形较为困难。本工作通过制备超细晶铜和纳米孪晶铜的微尺度悬臂梁试样，并搭建悬臂梁弯曲疲劳测试装置，系统研究了超细晶铜和纳米孪晶铜在恒总应变幅下的微尺度弯曲疲劳行为。主要研究结果总结如下： （1）自主开发的微尺度悬臂梁弯曲疲劳测试装置利用基于数字图像相关精确挠度测量，能够实现在恒总应变幅下的循环弯曲变形。 （2）在循环弯曲变形过程中，超细晶铜所达到的最大弯矩随着总应变幅的增大而增大，不同总应变幅下的稳定应力—应变滞回曲线的形貌有明显不同。随着周次增加，超细晶铜的归一化弯矩持续降低，表现为持续循环软化。超细晶铜的极限疲劳寿命随着应变幅的增加而降低。 （3）随着循环周次的增加，超细晶铜表面逐渐产生变形带和疲劳裂纹，同时变形带和裂纹的萌生方向与载荷方向的夹角约为45度。超细晶铜的变形区域主要集中在圆弧过渡段的上方，部分晶粒发生了明显的长大和变形，裂纹主要沿着晶界向内扩展。 （4）纳米孪晶铜的稳定应力—应变曲线的形貌与超细晶铜相似。随着应变幅的增大逐渐由瘦、尖向胖、宽变化。随着周次的增加，纳米孪晶铜发生持续循环软化，且应变幅越大，软化速度越快。纳米孪晶铜的疲劳极限寿命随应变幅的增加而降低。 （5）随着循环周次的增加，纳米孪晶铜的表面逐渐产生了细小的裂纹。裂纹产生的区域主要在圆弧过渡段的临近上方。纳米孪晶铜的裂纹沿着柱状晶的晶界扩展，裂纹附近的区域产生明显的塑性变形。
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