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。     

服役环境对高强铝合金疲劳损伤行为影响的研究进展

从温度、湿度、腐蚀介质、气体介质、加载条件等方面综述了不同服役环境下高强铝合金疲劳损伤行为的研究现状,阐述了环境因素对高强铝合金疲劳损伤行为的影响机理,指出了目前高强铝合金疲劳损伤行为研究存在的问题与今后的发展方向。     

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。     

3.5%NaCl溶液和取向对7050—T7451铝合金疲劳裂纹扩展特性影响的试验…

据飞机结构损伤容限设计的要求，进行了模拟海水对高强铝合金７０５０－Ｔ７４５１疲劳裂纹扩展特性影响的试验研究。结果表明，３．５％溶液中的Ｃｌ＾－加速了７０５０－Ｔ７５４１铝合金的疲劳裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ。在３×１０＾－４ｍｍ／ｃｙｃｌｅ以下，横向ｄａ／ｄＮ略高于纵向ｄａ／ｄＮ；在３×１０＾－４ｍｍ／ｃｙｃｌｅ以上，横向ｄａ／ｄＮ明显高于纵向ｄａ／ｄＮ。考虑应力比影响的有效应力强度因子可以满意地表征     

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%。     

LY12CZ铝合金在人工海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

采用腐蚀疲劳试验方法,研究了LY12CZ铝合金在人工海水(3.5%Na Cl溶液)中腐蚀疲劳裂纹的扩展规律,分析了载荷频率、应力比以及人工海水p H对裂纹扩展速率的影响,并借助扫描电镜对其断口形貌进行了观察。结果表明:随载荷频率、人工海水p H的降低,腐蚀疲劳裂纹扩展速率会显著加快,应力比则主要影响腐蚀疲劳近门槛值区的裂纹扩展;在中性人工海水中阳极溶解对裂纹加速扩展起主导作用;随人工海水p H的降低,裂尖氢置换反应加剧,裂尖材料氢损伤对裂纹扩展的加速效应逐渐显现。     

环境和缺口形状对LY12CZ铝合金疲劳短裂纹扩展的影响

研究不同环境下LY12CZ铝合金缺口短裂纹的扩展规律及缺口形状对短裂纹扩展规律的影响.相同△K水平下,短裂纹比长裂纹有更高的da/dN值,3.5%NaCl溶液的加入,使锐、钝缺口短裂纹的da/dN值都显著增加.但无论在何种环境下,锐、钝缺口短裂纹的扩展都呈明显的"马鞍"形状且溶液中的过渡裂纹尺寸高于空气中,用缺口根部塑性区大小、裂纹闭合效应和腐蚀介质的共同作用解释试验结果.尖缺口状态下,缺口根部塑性区尺寸很小,裂纹扩展主要受裂纹闭合影响;钝缺口状态下,缺口根部塑性区作用范围较大,裂纹扩展主要受其影响.     

3．5％NaCl溶液和取向对7050－T7451铝合金疲劳裂纹扩展特性影响的试验研究

据飞机结构损伤容限设计的要求、进行了模拟海水（３．５％ＮａＣｌ溶液）对高强铝合金７０５０－Ｔ７４５１疲劳裂纹扩展特性影响的试验研究。结果表明，３．５％溶液中的Ｃｌ￣－加速了７０５０－Ｔ７５４１铝合金的疲劳裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ。在３×１０￣（－４）ｍｍ／ｃｙｃｌｅ以下，横向ｄａ／ｄＮ略高于纵向ｄａ／ｄＮ：在３×１０（－４）ｍｍ／ｃｙｃｌｅ以上，横向ｄａ／ｄＮ明显高于纵向ｄａ／ｄＮ。考虑应力比影响的有效应力强度因子ΔＫ＿（ｅｆｆ）可以满意地表征不同环境中的ｄａ／ｄＮ。裂纹面上的腐蚀产物很薄，对疲劳裂纹闭合的影响可以忽略不计。１至１０Ｈｚ范围内的试验频率对３．５％ＮａＣｌ溶液中的ｄａ／ｄＮ几乎没有什么影响。     

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。     

织构对含铒铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

对含铒铝合金板材进行不同工艺的轧制及热处理,得到了具有不同织构的铝合金板材,再通过中心裂纹板材的高周疲劳试验,研究了织构对合金疲劳裂纹扩展的影响。结果表明:合金板材中织构的含量与板材轧制变形量及退火温度有关;板材中疲劳裂纹总是倾向于沿Schmid因子较大的方向扩展;板材中织构越多,则晶粒间取向差角越小,疲劳裂纹偏折越小,裂纹扩展路径越短,疲劳裂纹扩展速率越快;板材中织构越少,晶粒间取向差角越大,疲劳裂纹偏折越厉害,裂纹扩展路径越长,疲劳裂纹扩展速率降低。     

基寸电阻法的铝合金疲劳损伤表征

基于电阻法定义了表征铝合金构件疲劳损伤程度的损伤变量,并给出了铝合金疲劳损伤累积模型,以及基于电阻变化的疲劳剩余寿命预测公式。通过6A02铝合金疲劳试验,对得到的理论预测公式进行了验证。结果表明,基于电阻的损伤变量能够较好地反映出铝合金材料的疲劳损伤过程,理论预测模型对于铝合金材料高循环周次疲劳剩余寿命具有较高的预测精度,而对于低循环周次疲劳剩余寿命的预测能力有限。本文给出的模型具有一定的工程参考价值。     

TC4合金微动疲劳损伤研究

研究了TC4合金在柱面-平面接触务件下的微动疲劳行为，分析了其微动疲劳损伤机制。结果表明：在试验务件下，微动区边缘的损伤特征以粘着磨损为主，而微动区中部则以磨粒磨损和接触疲劳为主。疲劳裂纹易于在微动区．特别是在蚀坑处萌生和扩展。促使微动疲劳裂纹萌生的因素：一是法向应力和切向摩擦力引起的材料表层塑性变形，二是微动磨损破坏了材料的表面完整性，造成了缺口应力集中效应。     

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。     

LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率评价的可靠性模型

腐蚀损伤会加速疲劳载荷下的飞机铝合金结构裂纹的萌生和扩展,威胁结构安全性。针对腐蚀影响下的疲劳裂纹扩展的随机性本质,对预腐蚀LD10CS合金的预腐蚀疲劳试验进行了数据分析,提出了基于可靠性的腐蚀裂纹扩展速率表征方法,与试验结果对比表明,该方法可以给出LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率的上下限,进而给出该种材料铝合金构件的疲劳裂纹扩展寿命的上下限,为评估铝合金构件的寿命提供了依据。     

铝硅钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

以电解铝硅钛中间合金为主要原料，熔炼与ZL101A合金成分基本相同的合金AST101，对比研究了AST101和ZL101A合金的疲劳裂纹扩展行为。在应力比R=0.1和0.5的试验条件下，AST101合金的抗疲劳裂纹扩展能力不如ZL101合金。金相分析表明，AST101合金的铁含量较高，在合金中形成了脆性针状富铁相，该相自身的断裂和与基体的脱粘促进了合金疲劳裂纹的扩展，此外，AST101合金的微观组织特性影响了疲劳裂纹的闭合程度，也降低了合金的抗疲劳裂纹扩展能力。