復雜應力狀態(tài)下2A12鋁合金疲勞裂紋生長行為的試驗研究.pdf

1、近年來，隨著材料科學的快速發(fā)展，金屬冶煉、鑄造技術得到了很大的提高，不同種類的高性能金屬材料也在工業(yè)制造和航天科技等領域發(fā)揮越來越重要的作用。一直以來2A12鋁合金由于高強度、良好韌性、低密度、優(yōu)良的抗腐蝕能力等優(yōu)點，在航空航天領域得到了廣泛的應用。深入研究2A12鋁合金的疲勞裂紋生長行為，探索疲勞短裂紋的萌生、擴展、合體或干涉規(guī)律對提高2A12鋁合金綜合力學性能，對2A12鋁合金構件的設計具有重要的意義。
　　本研究首先對具有Ⅱ

2、型環(huán)狀創(chuàng)口的2A12鋁合金試件進行了應變幅值分別為0.40％、0.50％、0.60％的疲勞試驗，研究應變幅值對鋁合金試件疲勞壽命的影響，確定了鋁合金疲勞裂紋生長行為的三個應變幅值。其次對具有Ⅰ型(R=3)、Ⅱ型(R=4)、Ⅲ型(R=5)三種環(huán)狀缺口尺寸的2A12鋁合金試件進行不同應變幅值的疲勞試驗，試驗采用應變控制，應變幅值選擇為0.52％、0.56％，0.60％。采用中斷試驗法，根據(jù)環(huán)狀創(chuàng)口尺寸和應變幅值選擇合適的間隔，每隔一定循環(huán)將

3、試件從疲勞試驗機上取下使用電子顯微鏡觀測和記錄疲勞裂紋圖片，并以這些圖片為基礎分析鋁合金疲勞裂紋萌生、擴展、干涉及合體行為規(guī)律及環(huán)狀創(chuàng)口尺寸、應變幅值等因素的影響作用。通過分析發(fā)現(xiàn)對于2A12鋁合金，疲勞短裂紋具有不同的萌生源:大部疲勞短裂紋萌生于黑色雜質(zhì)相Al6(FeMn)與基體α交界處;少部分疲勞短裂紋萌生于材料基體內(nèi)部有輕微缺陷或晶界處;還有部分短裂紋萌生于與基體溶解不均勻的θ相或S相處或其與基體交界處。疲勞短裂紋的萌生現(xiàn)象一般發(fā)

4、生于材料疲勞壽命的前期和中期，在疲勞壽命后期裂紋快速擴展階段很少見。鋁合金表面的疲勞裂紋數(shù)量較少，分布也較為稀疏。對相同應變幅值不同創(chuàng)口下鋁合金疲勞裂紋擴展行為進行分析，從循環(huán)次數(shù)和疲勞壽命角度研究了不同創(chuàng)口試件裂紋長度變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)口尺寸對鋁合金裂紋擴展速率有著顯著的影響，環(huán)狀缺口尺寸越小，缺口處的應力集中情況越明顯，疲勞裂紋擴展速率越快。對相同創(chuàng)口不同應變幅值的鋁合金疲勞裂紋擴展規(guī)律進行了分析，應變幅值越高試件表面疲勞損傷程度越高