温度和应力比对高强高韧7055铝合金型材裂纹扩展行为的影响

发布时间：2021-01-06 19:38

　　在不同温度（150℃、室温、-70℃）、不同应力比（0.1,0.5）下对7055-T76511铝合金型材进行了裂纹扩展速率试验,研究了温度和应力比对其裂纹扩展速率和门槛值的影响。结果表明:随着温度的降低和应力比的减小,7055-T76511铝合金裂纹扩展门槛值逐渐增大,裂纹扩展速率逐渐降低;-70℃下合金断裂时对应的裂纹扩展速率较小,且裂纹扩展门槛值较大,抗裂纹扩展能力最好。 

【文章来源】：机械工程材料. 2020,44(08)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

7055-T76511铝合金型材横截面形貌

按照ASTM E647标准加工中心裂纹M(T）试样，试样厚度B为5mm，宽度W为100mm，长度L为400mm，初始裂纹长度为6mm，如图2所示。预制裂纹长度为1mm，使用放大倍数在20倍以上的显微镜进行测定，预制裂纹应力比为0.1。采用电液伺服疲劳试验机进行裂纹扩展试验，并测定裂纹扩展门槛值ΔKth。试验机静态载荷精度为±1%，动态载荷精度为±3%。试验频率为3～10Hz，应力比R为0.1,0.5，相对湿度为30%～60%。试验温度分别为150℃（高温）、18～28℃（室温）、-70℃（低温），采用环境箱控制温度，低温温度偏差为±2℃，高温温度偏差为±3℃。低温和高温条件下，需先将试样在试验温度下保温30min后再进行测试。试验过程中，将裂纹扩展速率控制在（1～2）×10-5 mm·周次-1，保持最大载荷Pmax和应力比R恒定。裂纹每扩展Δa长度后，记录当前裂纹长度a及相应的循环周次N（即a-N数据），直到试样断裂。采用割线法对a-N数据进行处理以确定裂纹扩展速率（da/dN），通过Paris公式对裂纹扩展速率进行拟合，得到da/dN-应力强度因子范围（ΔK）关系曲线，da/dN=1×10-7 mm·周次-1对应的ΔK即为裂纹扩展门槛值ΔKth。Paris公式如下

对比不同温度下的疲劳裂纹扩展速率曲线可知，当应力比为0.5,0.1时，随着温度的升高，裂纹扩展越来越快，抗裂纹扩展能力降低，-70℃下合金断裂时对应的裂纹扩展速率较小，且其裂纹扩展门槛值始终最大，说明在裂纹稳定扩展区，低温下合金的抗裂纹扩展能力最好。高温条件下抗裂纹扩展能力的下降与材料弹性模量和抗拉强度的降低以及裂纹表面氧化有关。裂纹扩展速率与裂纹尖端的张开位移成正比关系。在相同外加载荷条件下，随着温度从-70℃升至150℃，7055-T76511铝合金的弹性模量降低，裂纹尖端张开位移变大，同时强度的下降使得裂纹尖端的累积损伤加重，裂纹扩展阻力减小，扩展速率增大。图4 不同应力比下7055-T76511铝合金型材在室温时的疲劳裂纹扩展速率曲线

【参考文献】：
期刊论文
[1]应力比对6082T651铝合金疲劳裂纹扩展行为影响[J]. 李春艳,于凤云,黄一维,徐睿博,许晨玲.  实验室科学. 2019(01)
[2]循环载荷幅值对7075-T7451铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响[J]. 黄志伟,汪静雪,张兴权,段士伟,陈斌,黄志来,裴善报.  金属热处理. 2016(09)
[3]织构对含铒铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响[J]. 雷欣,聂祚仁,黄晖,文胜平.  机械工程材料. 2015(06)
[4]温度和应力比对航空铝合金疲劳裂纹扩展规律的影响及其机理[J]. 宋千光,赵彬,耿小亮,邓俊艳,刘畅.  材料科学与工程学报. 2015(02)
[5]7475-T7351铝合金厚板的疲劳性能[J]. 陈军,段雨露,彭小燕,肖丹,徐国富,尹志民.  中国有色金属学报. 2015(04)
[6]航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳裂纹扩展行为研究[J]. 赵荣国,罗希延,任璐璐,李红超,李秀娟,刘学晖.  机械工程学报. 2011(18)
[7]不同腐蚀环境对7475-T7351铝合金疲劳性能及裂纹扩展速率的影响[J]. 宫玉辉,刘铭,张坤,黄敏,伊琳娜,戴圣龙.  材料工程. 2010(09)
[8]16MnR钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展规律[J]. 熊缨,陈冰冰,郑三龙,高增梁.  金属学报. 2009(07)



本文编号：2961145