加载频率对航空铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

提出腐蚀疲劳频率影响因子概念,建立了考虑加载频率影响的LC9铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型,并进行了试验验证。结果表明:腐蚀疲劳频率影响因子随加载频率的变化可以用指数形式表达,能够反映出加载频率对于腐蚀疲劳裂纹扩展的影响;腐蚀损伤会显著降低裂纹扩展门槛值;基于该模型得到处于稳态扩展区的腐蚀疲劳裂纹扩展速率的预测值与试验结果吻合程度良好,对于航空铝合金构件腐蚀疲劳寿命评估具有参考价值。     

预腐蚀7A09铝合金腐蚀坑处萌生疲劳裂纹扩展深度的估算

含初始缺陷铝合金结构的寿命评估方法大多需要用到裂纹扩展深度这一难以直接测得的参数,为了找到其与表面裂纹长度之间的关系,对预腐蚀7A09铝合金进行疲劳试验,并利用扫描电镜结合能谱仪进行疲劳断口分析,发现了腐蚀坑处萌生裂纹沿着深度方向的扩展规律。结果表明:7A09铝合金的疲劳断口多呈脆性断裂特征,富集的增强相反而会成为脆性相,降低材料的塑性变形能力;对于单一裂纹源主导的疲劳断裂,其内部扩展深度与表面裂纹长度之间存在线性关系,通过检测构件中裂纹的表面长度可以获得其扩展深度,对于结构剩余寿命的估算具有参考价值;对于多源疲劳,裂纹扩展长度与深度间无确定的关系。。     

航空铝合金腐蚀坑当量化技术

针对2系列预腐蚀损伤航空铝合金材料进行腐蚀坑当量化技术研究,结果表明,在预腐蚀条件下,疲劳裂纹起始于腐蚀坑底部并呈辐射状向内扩展,降低了材料裂纹萌生寿命。因此,忽略裂纹成核阶段,提出了一种根据面积等效原理将腐蚀坑当量化成半椭圆表面裂纹的当量化处理方法,直接计算材料的疲劳寿命,并利用NASGRO软件验证了腐蚀坑当量化以及基于断裂力学预测材料疲劳全寿命方法的可行性。研究结果为复杂结构件的寿命评估提供了依据。     

腐蚀对新型高强度铝合金疲劳裂纹萌生机制及扩展行为的作用

根据编制的某机场环境加速试验谱,通过腐蚀试验模拟飞机服役过程中遭受的潮湿空气、盐雾、二氧化硫、酸雨和干/湿交变等严酷条件的侵蚀作用,采用飞机主承力结构新型高强度铝合金7B04-T74,制备单边缺口拉伸(Single edge notch tension, SENT)试样进行预腐蚀和疲劳试验,分析不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生、裂纹扩展行为和疲劳寿命的影响,揭示腐蚀对裂纹萌生及扩展行为的作用机理。结果表明,在腐蚀初期,疲劳裂纹萌生源主要为单个蚀孔,裂纹扩展路径较为平直;随着腐蚀程度的加重,在多个蚀孔处同时萌生多条小疲劳裂纹,萌生疲劳裂纹的蚀孔具有隧道效应,扩展路径不规则,形成“之”字形裂纹;疲劳裂纹萌生机制是材料第二相与腐蚀损伤之间相互竞争的结果;腐蚀导致疲劳寿命显著降低,尤其是裂纹萌生寿命,腐蚀12年试验件裂纹萌生寿命仅为未腐蚀试验件裂纹萌生寿命的2.2%。     

空气环境对预腐蚀2XXX系铝合金疲劳性能的影响

在实验室空气和潮湿空气环境下,对预腐蚀2XXX系铝合金光滑试样(Kt=1)和缺口试样(Kt=3)进行疲劳试验,并用单侧容限因数法对疲劳寿命进行估算,得到了两种试样在两种空气环境下的中值疲劳寿命和99%可靠度、95%置信度水平上的疲劳寿命。结果表明:潮湿空气环境降低了预腐蚀2XXX系铝合金的疲劳性能;光滑试样的疲劳寿命数据比较分散,且应力水平越低越分散;缺口试样的疲劳寿命数据比较集中;潮湿空气环境下疲劳寿命较低的原因是铝合金表面的薄水膜加速了裂纹的扩展以及原子氢引起的局部损伤。     

预测腐蚀疲劳寿命的概率方法

在建立航空发动机铝合金构件点状腐蚀和腐蚀疲劳裂纹扩展模型的基础上，将铝合金叶片的机械腐蚀特性和由环境诱导的电化学行为看作是随机量或随机过程，提出腐蚀疲劳寿命预测的概率方法，利用重要随机变量的累积分布函数，估算寿命累积分布函数，预测腐蚀疲劳寿命。     

环境湿度对铸铝合金超声疲劳裂纹扩展速率的影响研究

针对铸铝合金A356-T6开展了不同环境湿度下的超声疲劳裂纹扩展试验和实验室环境湿度下的常规疲劳裂纹扩展试验。由试验结果可知,超声疲劳在干空气环境中的疲劳裂纹扩展速率最低,而在蒸馏水环境中的疲劳裂纹扩展速率最高。常规疲劳在实验室环境中的疲劳裂纹扩展速率和超声疲劳在蒸馏水环境中的疲劳裂纹扩展速率几乎一致。针对Wei建立的环境湿度对铝合金材料疲劳裂纹扩展速率预测模型进行了修正,得到了铸铝合金A356-T6在任意环境湿度和试验频率下的疲劳裂纹扩展速率预测模型。     

海军海水介质疲劳裂纹扩展速率标准试验方法的进展

目前腐蚀环境下金属材料的疲劳裂纹扩展速率试验是一个活跃的领域,许多发达国家都在积极开展。在国防、能源和交通运输业的材料应用方面,这项研究都占有重要地位。最近“ASTM 液态介质疲劳裂纹扩展速率试验工作组 E24.04.05”进行了一项鉴定,对九个非共产党国家的40多个试验室参加的腐蚀疲劳研究(使用预裂纹试样)予以总结。事实上所有现代的腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验都使用断裂力学试验方法.这类试验的力学方面广泛采用 ASTM“大于10~(-(?))m/周恒幅疲劳裂纹扩展速率试验方法(E647)”中的程序.上述ASTM24.04.05的总结认为,腐蚀介质下用 ASTME647标准进行试验不存在什么问题。尽管在腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验中应用 ASTME647有一些成功的报告,但进行这类试验需要引起注意的几个问题仍有待讨论。与腐蚀相关的试验因素能强烈地影响到试验结果。海军和核能工业在所进行的研究项目中都已意识到,腐蚀疲劳裂纹扩展速率数据在各实验室间的差异可能是一个严重的问题。海军已经起草了一个推荐方法,即“海水介质恒幅疲劳裂纹扩展速率标准试验方法”.本文阐述了该方法的核心内容、基本原理以及为检验该方法所采取的措施。     

LY12CZ铝合金单轴腐蚀疲劳寿命评估的损伤模型

基于损伤力学基本理论,建立了LY12CZ铝合金试件的腐蚀疲劳寿命预测模型,并利用LY12CZ铝合金进行腐蚀疲劳的验证性试验。结果表明,利用损伤力学基本理论建立的模型所得到的预腐蚀LY12CZ铝合金试件腐蚀的疲劳寿命预测结果与腐蚀疲劳试验结果吻合程度良好,尤其对于应力水平较高的低周疲劳结果预测更为准确。这说明基于损伤力学的铝合金预腐蚀疲劳寿命预测模型合理有效,对LY12CZ铝合金构件的损伤容限评估具有参考价值。     

基于损伤力学预估切口构件裂纹形成寿命

构件的疲劳寿命包括裂纹形成和扩展两个阶段,断裂力学估算裂纹扩展寿命已经相当成熟,但其无法估算裂纹形成寿命,因此基于损伤力学理论建立的疲劳损伤模型被用来预估裂纹形成寿命,且取得很好的效果。文中基于疲劳损伤模型预估缺口试件的裂纹形成寿命,利用封闭解的方法给出了切口构件在拉压载荷下的损伤演化方程,同时计算了不同应力集中系数下切口试件裂纹形成寿命,经试验验证,该方法预估的寿命与试验寿命基本吻合且偏于安全。     

外加间歇交变纵向磁场对LD 10CS铝合金焊接接头组织及性能的影响

在外加间歇交变纵向磁场作用下 Ｌ Ｄ１０ Ｃ Ｓ铝合金 Ｈｅ Ｔ Ｉ Ｇ 焊接条件下,通过对焊缝及热影响区组织的分析,研究了这种电磁搅拌方法对铝合金焊接接头组织和性能的影响规律,探讨了电磁搅拌提高 Ｌ Ｄ１０ Ｃ Ｓ铝合金焊接接头塑、韧性的机理。本研究为深入了解电磁搅拌的物理机制奠定了基础。     

电磁搅拌对LD10CS铝合金焊接接头晶粒细化效果及其强度改善的研究

通过分析外加磁场Ｈｅ－ＴＩＧ焊接ＬＤ１０ＣＳ铝合金的焊缝组织,发现外加磁场的磁感应强度Ｂ和磁场交变频率ｆ对接头晶粒细化效果的影响最大。磁感应强度Ｂ与磁场交变频率ｆ不能单独选择,必须恰当匹配,而且还必须与焊接规范参数相适应,才能保证获得最佳的晶粒细化。同时,本文在该试验条件下研究了该电磁搅拌方法对铝合金焊接接头强度的影响,以指导磁控电弧焊接生产。     

铝合金表面腐蚀形态演化规律的分形几何表征

通过计算机图像处理技术对不同腐蚀时间作用下铝合金的腐蚀形貌进行分析,将分形理论引入到铝合金腐蚀损伤研究领域,采用盒维数法计算得到铝合金表面腐蚀形貌的分形维数值,并对这些数值进行了详细的统计分析。研究结果表明:分形维数随腐蚀时间的增加而增大,分形维数的概率分布符合逻辑分布。分形维数可作为定量描述腐蚀形貌复杂程度的特征参数之一。     

基于有限元LD10CS铝合金电磁搅拌焊接外加磁场的优化设计

针对LD10CS铝合金电磁搅拌焊接过程,采用有限元数值分析方法,对电磁搅拌外加磁场分布进行了研究与分析,讨论了铁心媒质、线圈位置等因素对外加磁场分布及其均匀性的影响,并在充分考虑焊炬结构的同时,根据磁场分布均匀性依据,对电磁搅拌焊接过程励磁线圈进行了工程设计,获得了较好焊接的效果,为电磁搅拌焊接生产提供了良好的指导。     

铝合金结构腐蚀损伤性能评价指标

以试验为基础，结合有限元方法对遭受腐蚀损伤的铝合金结构性能进行了研究。将铝合金试验件在不同的腐蚀条件下进行预腐蚀，对预腐蚀后的试件进行疲劳加载试验。利用光学显微镜和扫描电镜对腐蚀损伤形貌进行观测和分析，对描述铝合金腐蚀损伤性能的两个关键参数：腐蚀损伤度、腐蚀损伤平均深度进行了实验观测和有限元分析。结果表明这两个参数可以作为铝合金结构腐蚀损伤性能的评价指标。     

外加纵向磁场GTAW焊接熔池流动机理

以外加纵向磁场GTAW (钨极氩弧焊 )焊接LD10CS铝合金过程为研究对象 ,建立外加纵向磁场GTAW焊接熔池流体流动和传热数学模型 ,对固定电弧的外加纵向磁场GTAW焊接熔池流体流动过程进行数值分析 ,研究外加纵向磁场GTAW焊接熔池流体流动和传热行为。     

7075铝合金阳极氧化膜腐蚀性能研究

本文以7075铝合金为研究对象,采用硫酸直流电阳极氧化法制备氧化膜,并通过正交试验研究了合金在铜加速乙酸盐雾腐蚀条件下的腐蚀性能。由极差分析可知:在盐雾腐蚀条件下,时间是最大的影响因素,其次是温度对合金的影响,最小的是腐蚀液浓度。阳极氧化后的合金主要以点蚀为主,在72 h、35℃、3%腐蚀液浓度条件下,蚀坑最深值可达112.6μm,阳极氧化对均匀腐蚀的改善作用明显大于点腐蚀。     

超声波清洗对铝件的空化腐蚀影响

由于具有适用范围广、高效、一致性好等优点,超声波清洗被广泛应用于机械、电子等行业。但实际的超声波清洗对零件并不是完全无损,由于空化作用,它会对一些材料的零件表面产生损伤,尤其是铝合金材料零件、表面处理零件等,更易遭受表面空化腐蚀。文中通过几种常用铝基材料的超声波清洗工艺试验,分析了超声波清洗对它们产生不同程度空化腐蚀的原因,提出在对铝合金材料零件进行超声波清洗时应合理选择超声波清洗的工艺参数或方法,以使所清洗零件免遭空化腐蚀。     

Fatigue Crack Growth Rate of Ti-6Al-4V Considering the Effects of Fracture Toughness and Crack Closure

Fatigue fracture is one of the main failure modes of Ti-6A1-4V alloy,fracture toughness and crack closure have strong effects on the fatigue crack growth(FCG)rate of Ti-6A1-4V alloy.The FCG rate of Ti-6A1-4V is investigated by using experimental and analytical methods.The effects of stress ratio,crack closure and fracture toughness on the FCG rate are studied and discussed.A modified prediction model of the FCG rate is proposed,and the relationship between the fracture toughness and the stress intensity factor(SIF)range is redefined by introducing a correcting coefficient.Notched plate fatigue tests(including the fracture toughness test and the FCG rate test)are conducted to investigate the influence of affecting factors on the FCG rate.Comparisons between the predicted results of the proposed model,the Paris model,the Walker model,the Sadananda model,and the experimental data show that the proposed model gives the best agreement with the test data particularly in the near-threshold region and the Paris region,and the corresponding calculated fatigue life is also accurate in the same regions.By considering the effects of fracture toughness and crack closure,the novel FCG rate prediction model not only improves the estimating accuracy,but also extends the adaptability of the FCG rate prediction model in engineering.