与镍钛诺(一种名义上的镍和钛的等原子合金)的高周疲劳相关的一个有争议的问题是,有人声称增加施加的平均应变可以增加疲劳寿命,或者至少不会对疲劳寿命产生负面影响,这与绝大多数其他金属材料的报告行为相冲突。为了进一步研究这一点,在 37°C 下对电解抛光医用级镍钛诺进行了弯曲循环疲劳试验,寿命高达 4 亿次应变循环,涉及不同水平的平均应变。通过对疲劳数据的统计分析,开发了一个恒定寿命模型,在有效疲劳应变的 95% 置信水平下具有 90% 的可靠性。我们的结果表明,恒定寿命图(应变幅与平均应变的关系图)对于 4 亿次疲劳载荷循环寿命是单调但非线性的。具体而言,我们发现,与上述说法相反,在零平均应变下,应变幅度极限为 0.55%,以实现 4 亿次循环寿命,可靠性为 90%,置信度为 95%;然而,要在平均应变为 3% 或更高的情况下实现相同的寿命、可靠性和置信度水平,所需的应变幅度极限会降低三倍以上,降至 0.16%。此外,对于平均应变从 3% 到 7% 的情况,在可靠性为 90% 且置信度为 95% 的情况下,允许 4 亿次循环寿命的应变幅度极限约为 0.16%,
尽管如此,由于文献或材料供应商数据表中关于材料高温 CHS 的报道非常少,因此湿气引起的应力大多被忽略。这是由于缺乏有效的测量方法和该领域的技术知识 [5]。由于测量过程中湿气会快速蒸发,因此测量高温膨胀具有挑战性。市售工具,如带相对湿度附件的动态机械分析仪 (DMA-RH) [5, 6],其温度能力有限,最高可达 85 !C,而典型的无铅焊料回流工艺可高达 260 !C。更高温度的测量在技术上具有挑战性。需要更高的压力来将湿气保持在高温下的液态,而使用当今的标准工具根本无法实现。一种更流行的方法是使用标准热机械分析仪 (TMA) 设备来测量加热时饱和样品的应变。快速解吸会导致湿气分布不均匀。因此,假设应变为平均应变。需要进行额外的水分质量校正后处理分析来补偿水分损失。据报道,这种方法往往会高估 CHS [2, 4]。此外,一些研究建议避免使用基于解吸的方法,因为某些材料可能具有不可逆的吸湿膨胀特性 [7]。另一种尝试过的方法是莫尔干涉法 (MI) [8, 9],它具有良好的准确性和可重复性。然而,它有固有的局限性,因为在样品表面复制的耐腐蚀光栅会导致测量误差,尤其是对于薄样品。此外,所有这些都是