316L不锈钢丝多轴循环及疲劳性能研究

摘要

316L是一种奥氏体不锈钢，不仅强度高延展性好，还具有良好的生物相容性，耐腐蚀性和抗疲劳性等特性，是冠脉支架最常用的材料之一。冠脉支架作为恢复狭窄动脉腔的一种常见医疗装置，其尺寸仅在微米级别。大块尺度材料的力学性能与小尺寸试样有明显差别，小尺寸材料会受到尺寸效应的影响。由于冠脉支架在植入和服役过程中承受着多种形式的循环载荷作用，所以研究冠脉支架材料316L不锈钢在微米尺度下的单轴拉伸性能以及多轴棘轮疲劳性能，可为冠脉支架的优化设计和可靠性评估提供重要依据。 本文首先对经过不同热处理工艺得到的4种晶粒尺寸，2种直径尺寸的316L不锈钢细丝进行单轴拉伸试验；之后在6种轴向应力-剪切应变加载路径下进行多轴棘轮试验，并结合扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）进行微观机理分析；最后进行对称扭转疲劳试验和对称扭转叠加轴向恒力的多轴疲劳试验，结合SEM观察得到的疲劳断口横截面以及断口附近外表面特征，提出一种考虑轴向应力的扭转疲劳寿命模型。 本文得到的主要结论有：（1）试样尺寸和晶粒尺寸均会影响316L不锈钢细丝的单轴拉伸性能，使其屈服强度分别表现出“越细越强”和“越小越强”的尺寸效应。（2）在轴向应力-剪切应变多轴循环载荷下，试样直径的减小对棘轮应变有抑制作用，同时提高了剪切应力硬化程度。（3）细丝试样的棘轮变形行为对多轴加载路径的影响不敏感。（4）在对称扭转循环载荷下，细丝试样呈现非饱和循环硬化直至失效，循环硬化率随着剪切应变幅值的增加而增大。但在对称扭转叠加恒定轴向应力的循环加载中，细丝试样在初始快速硬化后逐渐软化直至失效。由轴向应力引起的初始硬化对疲劳寿命有很大影响。基于试验结果提出的考虑轴向应力的新型扭转疲劳寿命模型可以较好的预测316L不锈钢细丝循环扭转叠加轴向恒力下的疲劳寿命。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 冠脉支架材料316L不锈钢

1.2 微尺寸效应

1.2.1 小尺度金属材料实验进展

1.2.2 尺寸效应的内在机制

1.3 棘轮疲劳性能研究

1.4 课题意义

1.4.1 本文工作

1.4.2 研究意义

第二章 实验条件

2.1 试验设备

2.2 实验材料

2.3 微观观测

2.3.1 扫描电子显微镜

2.3.2 电子背散射衍射

2.4 本章小结

第三章 316L不锈钢丝的拉伸力学性能研究

3.1 316L不锈钢丝的单轴拉伸力学性能

3.2 316L不锈钢丝拉伸力学性能中尺寸效应

3.3 本章小结

第四章 316L不锈钢丝的多轴棘轮性能研究

4.1 试验方法

4.2 拉扭多轴棘轮行为

4.3 加载路径对棘轮行为的影响

4.4 多轴棘轮的尺寸效应

4.5 本章小结

第五章 316L不锈钢丝的多轴疲劳性能研究

5.1 试验方法

5.2 拉扭多轴疲劳行为

5.3 疲劳试样表面及断口微观分析

5.4 寿命预测模型

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 存在的问题及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢