5083铝合金与AZ31B镁合金的疲劳及时间相关特性研究
发布时间：2021-01-20 09:52
金属材料在工程上具有广泛的应用,其中铝合金与镁合金作为轻金属在工程界扮演着举足轻重的角色。对于实际工程而言,力学性能是材料选择的一项重要指标。一些重要的工程结构部件需要在高温环境中长期服役,而这些服役材料的破坏机理及其变形相关研究对工程设计尤为重要。本文对两种常用的铝合金（5083）与镁合金（AZ31B）材料的疲劳及其时间相关特性进行了探索,并借助微观实验设备,对材料变形的物理机理进行了分析。在工程中,外部载荷的形式多种多样,疲劳载荷尤为常见,从而备受科研与工程人员的关注。因此,分析材料疲劳损伤的机理是本文的一大主要内容。此外,以蠕变为代表的时间相关特性也极大地影响着材料的稳定性及寿命,合理精准地将材料的变形行为与时间相关特性联系在一起并给出精准的描述是本文另一重要目的。本文首先探索了常温下粗晶粒（Coarse Grained）和通过等通道挤压（Equal Channel Angular Pressing）制备的超细晶粒（Ultrafine-grained）5083铝合金材料的疲劳性能。对两种不同晶粒尺寸的5083铝合金进行了疲劳实验。详细研究了两种晶粒尺寸的5083铝合金从低周疲劳到...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
CG材料的微观结构。
图2-1所示为CG 5083铝合金的微观结构图。图2-1(a)和(b)分别是CG 5083铝合金纵截面与横截面的EBSD图像,其采集步长为0.7μm/s。从图中可以看到,纵截面与横截面分别大约分布有2533和2273个晶粒。晶粒尺寸分布如图2-1(c)和(d)所示。图2-1(c)所示为纵截面晶粒尺寸统计图,从图中可以看到,晶粒尺寸分布在10-150μm之间,平均尺寸为35μm。图2-1(d)为横截面晶粒统计图,从图中可以看到,横截面的晶粒尺寸分布在4-90μm之间,平均尺寸约为17μm。材料微观结构的极图如图2-1(e)所示,此种材料在<100>与<111>面上具有比较强的织构。图2-2所示为纵截面的BSE扫描图,从图2-2(a)可以看到破碎的第二相夹杂大致成排排列。除了这些较大的夹杂之外,也发现纳米尺寸的沉淀物,如图2-2(b)所示,这些纳米层面的沉淀物呈圆柱状,杂乱无序地分布在基体中。材料中的化学元素的分布也是不均匀的,在图2-2(c)中的区域1中可以发现锰和铬元素的隔离带,然而,在区域2中却几乎没有沉淀物与夹杂。
本文中制备UFG 5083铝合金试验件,采用的是等通道转角挤压法(Equal channel angular pressing,ECAP)。ECAP最初由Segal在1973年发明[128]。在制备UFG材料过程中,ECAP几乎不改变试验件的横截面,并且制备的过程中试验件能够多次重复进行等通道转角挤压,从而使得试验件中能够积累大量的塑性应变。ECAP因此被广泛应用在制备UFG材料工艺中。在ECAP中,变形的积累通过试验件在两个相连通的等直径的模具中挤压产生的剪切应变来实现。如图2-3所示,通过施加载荷,使得试验件通过模具,从而达到塑性应变的积累。根据[133],经过N次的挤压,试验件的Von Mises等效塑性应变是:
【参考文献】：
期刊论文
[1]DZ125合金超高周疲劳微观裂纹萌生机制[J]. 许罗鹏,ZHOU Min,王清远. 工程科学与技术. 2018(06)
[2]非对称载荷下TC17合金超高周疲劳试验[J]. 刘汉青,刘亮,黄志勇,王清远. 航空动力学报. 2018(05)
[3]TC4钛合金超高周疲劳性能研究[J]. 陈皎,程礼,焦胜博,鲁凯举. 实验力学. 2018(02)
[4]合金材料超高周疲劳的机理与模型综述[J]. 洪友士,孙成奇,刘小龙. 力学进展. 2018(00)
[5]大塑性变形制备超细晶/纳米晶Al-Mg铝合金的研究进展[J]. 王辉,刘满平,唐恺,李毅超,韦江涛,姜奎,江家威. 材料导报. 2016(15)
[6]超细晶纯铜的本征高周疲劳行为研究（英文）[J]. 薛鹏,黄治冶,王贝贝,田艳中,王文广,肖伯律,马宗义. Science China Materials. 2016(07)
博士论文
[1]外场退火下超细晶1050铝合金的拉伸性能和强化机制[D]. 曹以恒.东北大学 2016
[2]等通道侧向挤压制备超细晶7003铝合金的组织与性能研究[D]. 刘兆华.昆明理工大学 2014
本文编号：2988831
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
CG材料的微观结构。
图2-1所示为CG 5083铝合金的微观结构图。图2-1(a)和(b)分别是CG 5083铝合金纵截面与横截面的EBSD图像,其采集步长为0.7μm/s。从图中可以看到,纵截面与横截面分别大约分布有2533和2273个晶粒。晶粒尺寸分布如图2-1(c)和(d)所示。图2-1(c)所示为纵截面晶粒尺寸统计图,从图中可以看到,晶粒尺寸分布在10-150μm之间,平均尺寸为35μm。图2-1(d)为横截面晶粒统计图,从图中可以看到,横截面的晶粒尺寸分布在4-90μm之间,平均尺寸约为17μm。材料微观结构的极图如图2-1(e)所示,此种材料在<100>与<111>面上具有比较强的织构。图2-2所示为纵截面的BSE扫描图,从图2-2(a)可以看到破碎的第二相夹杂大致成排排列。除了这些较大的夹杂之外,也发现纳米尺寸的沉淀物,如图2-2(b)所示,这些纳米层面的沉淀物呈圆柱状,杂乱无序地分布在基体中。材料中的化学元素的分布也是不均匀的,在图2-2(c)中的区域1中可以发现锰和铬元素的隔离带,然而,在区域2中却几乎没有沉淀物与夹杂。
本文中制备UFG 5083铝合金试验件,采用的是等通道转角挤压法(Equal channel angular pressing,ECAP)。ECAP最初由Segal在1973年发明[128]。在制备UFG材料过程中,ECAP几乎不改变试验件的横截面,并且制备的过程中试验件能够多次重复进行等通道转角挤压,从而使得试验件中能够积累大量的塑性应变。ECAP因此被广泛应用在制备UFG材料工艺中。在ECAP中,变形的积累通过试验件在两个相连通的等直径的模具中挤压产生的剪切应变来实现。如图2-3所示,通过施加载荷,使得试验件通过模具,从而达到塑性应变的积累。根据[133],经过N次的挤压,试验件的Von Mises等效塑性应变是:
【参考文献】：
期刊论文
[1]DZ125合金超高周疲劳微观裂纹萌生机制[J]. 许罗鹏,ZHOU Min,王清远. 工程科学与技术. 2018(06)
[2]非对称载荷下TC17合金超高周疲劳试验[J]. 刘汉青,刘亮,黄志勇,王清远. 航空动力学报. 2018(05)
[3]TC4钛合金超高周疲劳性能研究[J]. 陈皎,程礼,焦胜博,鲁凯举. 实验力学. 2018(02)
[4]合金材料超高周疲劳的机理与模型综述[J]. 洪友士,孙成奇,刘小龙. 力学进展. 2018(00)
[5]大塑性变形制备超细晶/纳米晶Al-Mg铝合金的研究进展[J]. 王辉,刘满平,唐恺,李毅超,韦江涛,姜奎,江家威. 材料导报. 2016(15)
[6]超细晶纯铜的本征高周疲劳行为研究（英文）[J]. 薛鹏,黄治冶,王贝贝,田艳中,王文广,肖伯律,马宗义. Science China Materials. 2016(07)
博士论文
[1]外场退火下超细晶1050铝合金的拉伸性能和强化机制[D]. 曹以恒.东北大学 2016
[2]等通道侧向挤压制备超细晶7003铝合金的组织与性能研究[D]. 刘兆华.昆明理工大学 2014
本文编号：2988831
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