7075鋁合金扭轉(zhuǎn)微動(dòng)疲勞行為研究.pdf

1、微動(dòng)疲勞現(xiàn)象在航空航天、汽車、機(jī)械、鐵路、電力等領(lǐng)域廣泛存在，促使微動(dòng)損傷區(qū)域裂紋提前萌生并擴(kuò)展，大幅縮短構(gòu)件服役壽命。扭轉(zhuǎn)微動(dòng)疲勞是典型微動(dòng)疲勞形式之一，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)扭轉(zhuǎn)微動(dòng)疲勞相對(duì)較少，而扭轉(zhuǎn)微動(dòng)疲勞現(xiàn)象存在于軌道交通中的車軸和電機(jī)轉(zhuǎn)軸等重要部件中，7075鋁合金具有良好的損傷敏感性，能較好的顯示損傷機(jī)理。本論文以7075鋁合金材料作為研究對(duì)象，在基于多軸疲勞試驗(yàn)機(jī)上自主設(shè)計(jì)的扭轉(zhuǎn)微動(dòng)裝置上，進(jìn)行了常規(guī)扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)

2、，采用三維光學(xué)顯微鏡、體式顯微鏡、掃描電鏡、能譜分析儀和電子探針等分析儀器，分析了常規(guī)扭轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)微動(dòng)疲勞試樣失效的損傷機(jī)理，深入探討了7075鋁合金材料扭轉(zhuǎn)微動(dòng)疲勞損傷特性，獲得以下結(jié)論:
　　(1)隨著扭轉(zhuǎn)疲勞應(yīng)力的增大，7075鋁合金材料的常規(guī)扭轉(zhuǎn)疲勞壽命呈下降趨勢(shì)，而其扭轉(zhuǎn)微動(dòng)疲勞壽命呈現(xiàn)先降低后增加最后再降低的變化趨勢(shì)，即S-曲線呈“ε”型曲線特征。
　　(2)7075鋁合金常規(guī)扭轉(zhuǎn)疲勞試樣失效斷口為橫向切斷型，扭轉(zhuǎn)

3、微動(dòng)疲勞試樣失效斷口為正斷型。斷口類型的差異并不是微動(dòng)引起的，而是兩種試驗(yàn)的扭轉(zhuǎn)疲勞應(yīng)力范圍的不同造成的。常規(guī)扭轉(zhuǎn)裂紋萌生于表面，扭轉(zhuǎn)微動(dòng)疲勞裂紋萌生在靠加載端和中間位置之間的磨痕邊緣處的次表面區(qū)域。
　　(3)在相同法向載荷下，隨著扭矩的增加，摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值也隨著增加。當(dāng)微動(dòng)運(yùn)行區(qū)域在混合區(qū)，靠加載端的位移幅值較大，磨損深度和氧化程度高于比中間位置和靠固定端，局部接觸疲勞強(qiáng)烈，裂紋易萌生，疲勞壽命較短;在部分滑移區(qū)時(shí)，磨損和氧

4、化相對(duì)均勻，部分滑移區(qū)主要以微動(dòng)磨損為主，疲勞壽命較長(zhǎng);在滑移區(qū)時(shí)，損傷與混合區(qū)類似，但表面磨損相對(duì)嚴(yán)重，表面剝落和磨損消除了表面形成的微裂紋，疲勞壽命高于混合區(qū)。
　　(4)扭轉(zhuǎn)微動(dòng)損傷機(jī)制為疲勞磨損、氧化磨損和磨粒磨損。微動(dòng)疲勞裂紋在磨痕兩側(cè)均會(huì)萌生，在萌生階段主要受法向接觸應(yīng)力的控制，裂紋向基體擴(kuò)展方向與接觸面呈30°;在裂紋擴(kuò)展過渡階段，在法向接觸應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)疲勞應(yīng)力共同控制下，裂紋向基體擴(kuò)展方向與接觸面呈60°;在裂紋擴(kuò)展