铝合金疲劳性能的研究进展

在“双碳”的时代背景下,材料的轻量化和安全性受到越来越广泛的关注。铝合金具有密度小、比强度高和耐蚀性好等优点,广泛应用于交通运输和航空航天等领域。结构材料的损坏形式绝大多数是疲劳损坏,占整体的70%左右,因此铝合金的疲劳性能关乎着产品使用安全性。为此,本文介绍了疲劳性能的特点及分类,综述了铝合金疲劳性能的研究现状、影响因素及近年来研究的热门领域。     

211Z.X耐热高强韧铝合金的疲劳特性

研究了T6态211Z.X耐热高强韧铝合金的显微组织和疲劳性能,利用扫描电镜和能谱仪对疲劳断口进行了分析研究.结果表明,其条件疲劳极限为154.25 MPa,当存活率P从50％增至99.9％时,概率疲劳极限也从147.13 MPa降至140 MPa.疲劳裂纹在试样次表面处块状的富铈稀土化合物和富铁金属间化合物颗粒处萌生,并呈放射状以穿晶类解理和沿晶的混合方式扩展.     

7475-T7351铝合金厚板的疲劳性能

通过金相显微镜(OM)、取向分布函数(ODF)及扫描电镜(SEM)研究25 mm厚7475-T7351铝合金板材的疲劳性能和裂纹扩展速率。结果表明:板材的疲劳强度存在各向异性,横向疲劳强度为300 MPa,纵向疲劳强度为310 MPa,疲劳寿命均大于1×107 cycle。板材在Kt=1、应力比R=0.1和应力强度幅度?K=30 MPa·m1/2条件下,纵向疲劳裂纹扩展速率da/d N为2.73×10-3~4.41×10-3 mm/cycle,横向疲劳裂纹扩展速率da/d N为5.76×10-3~8.22×10-3 mm/cycle。疲劳裂纹主要在次表面的含O、Na、Cl非金属夹杂物处及粗大第二相处萌生,在疲劳裂纹扩展区可观察到大量疲劳条带,在瞬时断裂区,断口呈小韧窝和解理断裂的混合形貌。     

硬质合金疲劳性能研究进展

疲劳是影响硬质合金服役性能的主要因素之一,认识硬质合金疲劳失效机理及改善疲劳性能是目前硬质合金研究的重要方向。本文介绍了国内外硬质合金疲劳性能的研究动态,综合叙述了硬质合金疲劳裂纹的萌生和扩展行为,疲劳裂纹通常萌生于孔隙、微裂纹、钴池、异常长大的WC晶粒等缺陷处,从应力比、温度、腐蚀环境、化学成分及微观组织等方面分析了各因素对疲劳裂纹扩展行为的影响。总结了改善硬质合金疲劳性能的主要方法,通过提高粘结相含量、增加WC平均晶粒尺寸、添加Ni、Cr元素、热处理等可以有效提高合金疲劳性能。硬质合金在服役过程中需要承受热疲劳、机械疲劳、腐蚀疲劳等多种疲劳,接近真实服役状态下的多重疲劳机制耦合作用的疲劳性能还有待深入研究,对硬质合金疲劳性能测试评价的方法和理论还需要进一步完善。     

含有第二相的高强铝合金疲劳模型

基于疲劳裂纹尖端的应力和应变以及高强铝合金中不同尺度第二相性态对其延性的影响，建立了高强铝合金中粗大第二相、中间尺度第二相以及细小时效强化相性态与其疲劳裂纹扩展速率之间的多元非线性关系模型。结果表明：对于2024铝合金的疲劳扩展速率，该模型的预测趋势与他人的实验研究结果吻合良好。同时借助于对该模型的理论分析，提出了在确保高强铝合金强度不降低的前提下降低其疲劳裂纹扩展速率的优化方案。     

2Cr13钢的疲劳裂纹萌生与扩展行为

通过对2Cr13钢进行疲劳裂纹萌生与扩展速率试验,获得该钢在两种不同调质处理下的疲劳裂纹萌生寿命Ni的回归方程、疲劳裂纹萌生门槛值以及裂纹扩展速率da/dN表达式。结果表明,与970℃淬火+710℃回火×6h工艺相比,2Cr13钢在970℃淬火+640℃回火×5h处理后的缺口疲劳裂纹萌生抗力有所改善;当应力强度因子较低时,在640℃×5h回火时的2Cr13钢的疲劳裂纹扩展抗力稍好一些;当应力强度因子较高时则反之。     

压载荷对LY12M铝合金中疲劳裂纹扩展速率影响的三种工程模型的验证(英文)

基于弹塑性断裂力学的裂纹扩展机理,用弹塑性有限元分析压载荷对LY12M铝合金疲劳裂尖应力场的影响。介绍了可用于负应力比试验数据描述的两种实际应用的工程模型和一种已发表的称作"张模型"的双参数裂纹扩展模型,通过在相应坐标系下描述试验数据,并比较各自拟合线的线性相关度R2。结果验证"张模型"的拟合效果较好,是一种负应力比下预测铝合金疲劳裂纹扩展寿命的较好的工程方法,同时,由于部分参数可用弹塑性有限元计算获得,所以可节省大量新材料研究的经费。     

A356铝合金中裂纹的萌生及其扩展

研究了A356铝合金在冲击载荷作用下的裂纹萌生及其扩展过程。结果表明：α-Al枝晶二次枝晶臂间板片状共晶体是材料中最薄弱的区域。该区域中尺寸最大的Si颗粒首先发生断裂形成裂纹源，而枝晶与枝晶间体积较大的块状共晶体强度相对较高，裂纹源不会首先在该区域;正确性同裂纹优先在板片状共晶体中传播，而块状共晶体对裂纹的传播有一定阻碍作用，要提高合金的力学性能就必须设法减少或消除薄弱的板片状共晶体的相对数量。建立了A356合金在啊大；和作用理生、长大及传播的模型，用这个模型解释了提高冷却速度以获得细晶粒的方法并不一定能提高合金的抗拉强度；相反，使用高效的晶粒细化剂能够减少或消除板片状共晶体，从而可能会提高合金的性能。     

ZL101铝合金低周疲劳行为研究

研究了ZL101-T6铝合金的拉压低周疲劳行为,并重点分析了疲劳裂纹在材料中萌生与扩展的过程。通过扫描电镜和金相显微镜的观察分析表明:共晶硅相的断裂是材料低周疲劳裂纹萌生的主要方式,硅颗粒断裂的数量随疲劳循环周次的增加而增加,应变幅值的增加加快了硅颗粒的断裂速率,使疲劳裂纹的萌生速率加快;疲劳裂纹在循环初期主要通过断裂硅颗粒的互相连接进行扩展,随疲劳裂纹的长大,裂纹可穿过铝基体连接形成主裂纹并导致材料破坏,穿晶断裂为最终断裂的主要特征。     

铝合金板预腐蚀坑萌生疲劳裂纹的几何构型

由于腐蚀坑不同位置的应力状态的差异,由腐蚀坑萌生的裂纹扩展行为仅仅用应力强度因子分析无法得到准确预测。考虑裂纹闭合效应的存在,本工作对于这种裂纹的应力场进行了分析,研究了其几何尺寸在裂纹扩展过程中的变化,理论分析表明这种几何形状的变化与材料形状以及应力范围的大小关系不大。对于裂纹扩展的几何形状变化的验证性试验的试验结果与理论分析的结果吻合程度良好。     

航空航天铝合金腐蚀疲劳研究进展

铝合金因具有高的比强度、比模量,好的加工性能及焊接性能,在航空航天领域应用广泛.而腐蚀疲劳是造成航空航天材料失效的重要原因之一,因其危害性高、破坏性强且难以提前预测等特点,受到了广泛关注.铝合金腐蚀疲劳问题一直是飞机日历寿命研究中的重点问题,随着可重复使用航天器理念的提出,多次空天往返和地面修复过程也使腐蚀疲劳问题在可...     

喷丸对预腐蚀后铝合金疲劳性能的影响

目的分析喷丸对铝合金腐蚀损伤构件疲劳性能的影响,为飞机构件的维修提供有效指导。方法以未喷丸、三面喷丸、三面喷丸腐蚀后再三面喷丸3类不同表面状态的7075铝合金试样为研究对象,改变Na Cl溶液质量分数、时间、温度,获得两种程度不同的腐蚀损伤,通过疲劳寿命、断裂位置、断口形貌,分析表面喷丸状态对铝合金疲劳性能的影响。结果腐蚀损伤较轻时,喷丸试样的疲劳寿命为未喷丸试样的7.84倍,喷丸试样腐蚀后若再喷丸处理,疲劳寿命是不再喷丸试样的1.62倍。未喷丸试样的断裂位置位于截面突变颈部区域,另两类喷丸试样的断裂位置则在夹持段前端。未喷丸试样的裂纹在断口表面的边缘位置形成,喷丸试样的中心区域形成光滑平整的稳态扩展区。腐蚀损伤严重时,喷丸处理仍然会提高铝合金的疲劳寿命,但3类不同表面状态试样的疲劳寿命差距会缩小;从试样断裂位置、断口形貌看,3类试样的差异也会弱化。结论铝合金腐蚀损伤件若腐蚀前进行表面先喷丸处理,疲劳性能会有明显提升;若腐蚀后再喷丸处理,疲劳性能还会进一步提升;喷丸处理还会削弱铝合金外形截面突变处的应力集中,抑制疲劳裂纹在构件表面的萌生及延伸。     

5A06铝合金焊接接头的疲劳性能

本文在室温大气环境下,对5A06铝合金焊接接头进行了对称载荷疲劳试验,并采用扫描电镜对疲劳断口形貌进行了观察与分析,研究了5A06铝合金焊接接头疲劳性能.试验结果表明其疲劳条带为延性疲劳条带;断口微观形貌均呈韧性穿晶型断口特征.5A06铝合金焊接接头具有较好的塑性,但是接头内部的夹杂相受低温的影响而脆性增大.     

Cu-Cr-Zr合金疲劳、蠕变性能研究现状

综述了Cu-Cr-Zr合金的疲劳性能和蠕变性能的研究现状,阐述了温度、热处理工艺、晶粒尺寸、辐照和化学成分对疲劳、蠕变性能的影响.     

汽车用铝合金热疲劳性能研究

铝合金铸态、T6热处理、铸淬时效态后物相组成主要为Al、Al_2Cu、Si和AlFeMnSi,温度幅度对铝合金热疲劳裂纹萌生寿命影响较大,T6热处理后热疲劳寿命最长,铸态疲劳寿命最短。热疲劳裂纹经历形成氧化层、氧化层内形成微坑和微坑内部生成裂纹源3个阶段。     

合金元素对体育器材用镁合金疲劳性能的影响

在Mg-Zn-Zr镁合金中添加不同含量的合金元素Sr或V,对其微观组织、室温疲劳性能和热疲劳性能进行研究。结果表明,添加合金元素Sr或V,尤其是复合添加Sr和V,可以有效改善Mg-Zn-Zr镁合金的室温疲劳性能和热疲劳性能。与未添加合金元素相比,复合添加Sr和V可使其室温疲劳寿命增加248.2%,在300~0℃循环1 000次后的单位面积质量增重减少79.2%。     

高铝锌基合金的腐蚀研究进展

高铝锌基合金是近年来应用日益广泛的价廉、节能、优质的新材料。该类合金熔炼工艺简单,具有较好的力学性能、工艺性能,以及优良的耐磨性能。目前,工业上已用其部分代替青铜、黄铜、铸铁甚至球铁等结构材料。本文对铝锌二元合金相图的修正、高铝锌基合金耐腐蚀性能的研究进行了综述,对其腐蚀机理、研究方法和手段进行了阐述,最后介绍了目前高铝锌基合金耐腐蚀性研究的热点问题和发展方向。     

铝合金表面沉积类金刚石薄膜的研究进展

类金刚石(Diamond-like Carbon,DLC)薄膜因其高硬度、良好的化学惰性以及优异的摩擦性能等优势,有望成为一种理想的铝合金表面防护涂层。对比了物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)技术制备DLC改性材料与传统铝合金表面改性技术的优劣,概述了DLC薄膜在提升铝合金表面力学性能、减摩抗磨方面取得的最新成果,以及在复杂服役工况下面临的抗塑性变形差、易发生结合失效等瓶颈性问题。通过分析铝合金基体上生长高性能DLC薄膜的不利因素,指出界面化学结合强度低、薄膜残余应力大以及软基体/硬质薄膜的结构体系限制是导致上述问题产生的主要原因。在此基础上,重点综述了国内外研究学者为提高铝合金表面沉积DLC薄膜的膜基结合力所采取的有效措施及结果,包括:通过基体前处理增强基体力学性能与改善宏观表面缺陷;采用PVD或其他表面处理方法制备一层或多层的中间过渡层,缓解DLC薄膜与铝合金基体结构、性能之间的差异;调控DLC薄膜组分与结构以降低残余应力。最后展望了在铝合金基体表面制备DLC防护薄膜的发展趋势。     

高铝锌基合金的研究进展及应用

综述了近年来高铝锌基合金的研究进展及应用;阐述了铝含量对高铝锌基合金性能影响的研究;详述了通过合金化及变质处理、热处理、复合强化等方法和措施改善高铝锌基合金性能的研究;简要介绍了高铝锌基合金的应用现状.在此基础上,对高铝锌基合金的进一步发展提出了几点建议.     

2024锻造铝合金疲劳性能研究

本文着重研究了2024锻造铝合金经过T4及T6热处理后其单轴及多轴疲劳性能。采用了两种不同热处理方式制备出具有不同微结构的2024锻造铝合金,研究其在不同加载状态下的变形行为、疲劳机制及疲劳寿命。主要内容包括：对2024锻造铝合金进行单向拉伸、应力控制的单轴拉压疲劳及两种多轴拉扭疲劳试验,研究了加载状态与疲劳寿命的关系。结果表明,2024锻造铝合金材料的疲劳寿命对热处理和加载状态的敏感性很大,表现为在相同加载状态下2024-T4和2024-T6试样的寿命差别较大,以及同一热处理试样在不同应力幅值和不同加载路径下疲劳寿命差异大。