预置应力对铝合金疲劳裂纹扩展性能影响规律的研究

发布时间：2020-07-22 16:40

【摘要】：冷加工工艺对金属材料/结构疲劳性能的影响规律复杂,是目前研究的热点之一。本文以5052铝合金为对象,研究了预置应力对金属板材试样疲劳裂纹扩展性能及断裂机理的影响规律,具体研究内容如下:1.研究了预应力水平(120 MPa,137 MPa,158 MPa,183 MPa)对金属板材试样疲劳裂纹扩展速率曲线(da/d N-ΔK)漂移及寿命的影响规律。疲劳裂纹扩展实验结果发现预置应力处理试样疲劳寿命均有不同幅度的升高,158 Mpa预置应力对试样疲劳寿命增加幅度最大,与无预置应力的原始试样相比疲劳寿命可提高294.6%。不同预置应力水平对疲劳裂纹扩展速率影响的范围也有所差异。通过与无应力处理试样的da/d N-ΔK的对比发现158 Mpa预置应力处理对试样疲劳裂纹性能的影响范围最大,影响范围延续17 mm;183 Mpa预置应力处理对试样疲劳裂纹性能的影响范围稍小,但也达到15mm;120 MPa与137 MPa预置应力处理对试样疲劳裂纹性能的影响范围最小,长度皆为11mm。2.探究了预置应力处理试样与无应力处理试样在断口及断口侧面的不同路径上的硬度分布和变化规律。微观维氏硬度的结果显示预置应力处理试样与无应力处理试样在断口处的硬度均分布在70HV-85HV之间;同一预置应力处理试样在不同路径上的硬度变化趋势基本相同,硬度数值相当。不同预置应力处理试样在同一路径上的硬度分布大体相同。在断口侧面的两条硬度测量路径上,120 MPa预置应力处理试样、137 MPa预置应力处理试样、158 MPa预置应力处理试样分别在距试样缺口7 mm、16 mm、6 mm处有硬度异常点。根据光电能谱和其他硬度分布的实验数据,该软化点是由于元素聚集或材料缺陷造成的。3.研究了预置应力处理试样和无应力处理试样的断口微观形貌特征和断裂性质。扫描电镜图显示所有试样呈现明显的高周疲劳破坏的特点。在裂纹稳定扩展的过程中,疲劳辉纹清晰可见。所有试样的瞬断区断裂均以韧性断裂为主,微观组织中有很多撕裂韧窝,韧窝周围存在着非常明显的较薄的撕裂棱,表现出非常典型的韧窝聚合型延性断裂的特征。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21
【图文】：

照片,断裂事故,裂纹

机械零件失效破坏中，断裂、腐蚀、磨损是其主要原因。然而，由于断裂的突发性及可能造成的严重后果，人们对断裂的研究更为重视。在造成断裂的诸多因素中，80%以上是由于金属疲劳导致的[1]。在实际应力远小于许用应力的情况下，满足静强度的构件，仍有发生破坏的可能。所以，工程技术人员对构件疲劳更加看重。据统计美国一年因断裂事故造成的损失约占前一年国家总产值的 4%，总值将近 1200 亿美元。另外在对两个港口 69 艘远洋货轮的失效统计也发现：疲劳和断裂是船舶受损的主要因素。2013 年 7 月，一架飞机在着陆时，起落架发生断裂。图 1.1（a）是事发时乘客逃生画面。图 1.1（b）是工程中常用的工字钢发生断裂破坏的照片，原本符合设计标准的工程设计在长期服役后发生断裂事故。为强化金属材料的抗疲劳性能，国内外学者做了大量工作，也取得了大量成果。其中零件表面残余应力的分布，是有益于提高金属疲劳强度的。诱发产生残余压应力的具体手段有喷丸、轧制、滚压等。渗碳渗氮热处理也可以强化表面，以达到改善抗疲劳性能的目的。

区段,扩展速率,特征对,疲劳裂纹扩展区

图 2.3 da/dN-ΔK 曲线的三个阶段面、清晰的反应各个阶段的特征和影响因素，通过表格对各区段特征对比）。表 2.1 列出了疲劳裂纹扩展区的扩展特征扩展速率。表 2.1 疲劳裂纹扩展区Ⅰ区 Ⅱ区 Ⅲ低扩展速率中扩展速率高扩(近门槛值) (Paris 区) 单剪切辉纹或双滑移附加静高低响大小大小大大

紧凑拉伸试样,制作过程

可编程线切割机完成。在试样加工完成后，对表面状态进行检查，确保没有划等缺陷。保证铝合金材料生产时的轧制方向与最终试样长度方向一致，尽量减程中其他因素的影响。Al5052-H32 铝板切割成块

【参考文献】