高强7075铝合金疲劳损伤微观机理和循环形变特性的研究

发布时间：2017-11-05 07:35

  本文关键词：高强7075铝合金疲劳损伤微观机理和循环形变特性的研究

  更多相关文章： 7075铝合金 中间形变热处理 原始微观组态 循环形变 断裂方式 疲劳损伤机制

【摘要】：7075铝合金因具有高的比强度、刚度和较好的抗应力腐蚀能力成为航空航天和高速交通领域关键结构件的优选材料。由于这些结构件长期处于循环交变载荷服役条件,故而对该合金的疲劳损伤和循环形变特性进行研究尤显重要。本文对7075合金进行三种不同中间热处理工艺,获得三种不同组织性能的材料,分别为7075-T651、7075-T6和7075-H112合金。通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观测三种合金的微观形貌和原始组态,并探究7075-T651合金循环形变性能和疲劳损伤特性的微观机理,获得如下结果：(1)经过T651、T6和H112热处理态下的7075合金具有各自不同的微观组织形貌和性能特征。7075-T651和7075-T6合金有密集均匀分布的析出相,H112基体析出相细而稀疏,显微强度也较低。(2)经过热挤压排材并预拉伸工艺的7075-T651合金有明显优异性能。通过原始组态观察和物相分析发现,该合金基体上弥散分布着细小的MgZn2,同时存有Al7Cu2Fe,以及富Si氧化物颗粒。(3)7075-T651合金断裂方式为P-V曲线Ⅰ型,其断裂韧性Kic为41.59MPa.m1/2。L-T取向的断口上有显见的撕裂棱和韧窝,韧窝大而深且无规则排列。(4)通过静载拉伸试验发现T651热处理态下的7075铝合金材料具有较高抗拉强度529 MPa和屈服强度450 MPa,有较大延伸率(10%)和断面收缩率(6.8%),塑性容积量高,但外载荷高于一定数值时同样具有发生短时断裂失效倾向。(5)7075-T651合金材料具有超高疲劳寿命,在小应力循环加载下(60%σy、 70%σy)试样显现高寿命周期；随着恒定应力增大(80%σy、90%σy),试样较早进入循环饱和区域进而断裂失稳。(6)7075-T651合金材料在循环载荷作用初期基体无明显塑性变形,裂纹长度小,试样表面有效承载面积大,裂纹源区呈现类似解理断裂的花样特征。循环加载后,裂纹扩展时,由于位错反复滑移过程中的可逆性,断口呈现典型的沟槽花样特征。疲劳后期,随裂纹长度增加,扩展速率增大,位错可逆滑移距离远小于裂纹扩展距离,瞬断区域更接近静态拉伸断口形貌,有明显韧窝断口特征。(7)7075-T651合金有明显微孔扩展聚集聚合断裂模式,以晶内微孔聚合为主。基体内富含Fe.Si的第二相粒子和晶界与位错运动的协调作用导致这一机制产生。MgZn2、Al7Cu2Fe以及富Si氧化物颗粒阻碍位错运动,造成位错塞积,局部应力增大到一定程度后,颗粒开裂或沿界面脱粘,从而形成微孔,外加应力作用下聚集长大,进而导致材料局部开裂。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21

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本文编号：1143253