微动疲劳是由于试样在承受外界交变载荷或交变应力而导致构件变形的现象,多存在于机械构件、航空航天动力装置、火车轮轨等紧密配合部件当中,被人们称为“工业癌症”。而钛及钛合金因为密度小、强度高、耐高温、耐腐蚀性好等优点在工业中广泛应用,但对微动又极为敏感,引起了研究人员的广泛关注。本文主要研究超细晶纯钛的微动疲劳行为,使用工业纯钛(TA1)采用等径弯曲通道+旋锻变形得到超细晶纯钛,在电液伺服疲劳实验机上对超细晶纯钛进行微动疲劳实验,获得微动疲劳S-N曲线;采用SEM、TEM对微动疲劳接触磨损区和断口形貌进行观察,分析其磨损机理和断裂机理;使用ABAQUS软件建立圆柱-平面微动疲劳模型,研究轴向循环应力和摩擦系数对试样接触区应力应变分布的影响;使用改进后的Coffin-Manson公式建立超细晶纯钛的微动疲劳寿命预测模型,并通过与实验结果的对比来验证模型的准确性和可行性。经过实验和分析,获得以下结论:在赫兹接触理论的验证下使用ABAQUS软件建立圆柱垫-平板试样的有限元模型,将其误差限制在5%以内以确保有限元计算的准确性。通过研究发现,随着循环应力的增加,试样接触面上X方向上的最大拉应力也随之增加,且在接触区边缘部位有最大拉应力存在,而Y方向上的压应力、XY方向上的剪应力变化不大,只是峰值出现的位置发生了偏移。而摩擦系数对接触区应力分布的影响也很有限,随着摩擦系数增加,接触区宽度基本不变,而接触闭合区宽度增加,黏着区宽度减小;在X方向上的最大拉应力有所增加,在边缘处存在最大值,在Y方向上的压应力无明显变化,在XY方向上的最大剪应力减小。使用Smith等改进的Coffin-Manson方程建立了预测超细晶纯钛微动疲劳寿命模型,最大SWT参数出现在接触面边缘部位,与实验结果相吻合。通过对比发现,利用SWT模型预测的微动疲劳寿命值与实验所获得的寿命值之间的误差保持在20%范围以内,故而利用SWT临界法对超细晶纯钛微动疲劳裂纹进行预测是可行的。通过超细晶纯钛的微动疲劳试验发现,在法向载荷相同的条件下,循环应力增加,其微动疲劳寿命减少。磨损区的分析表明超细晶纯钛微动磨损机制主要为磨粒磨损和接触疲劳。裂纹扩展区进一步划分为循环应力主导区、法向载荷主导区、循环应力和法向载荷综合作用区。观察透射组织发现循环应力增加,原始的板条组织发生破碎,小晶粒增加,位错密度减小,从而使得塑性降低,超细晶纯钛的抗微动疲劳性能降低,微动疲劳寿命减少。