Al-Cu-Mg（-Si-Ce）合金的应变疲劳行为研究

发布时间：2017-08-19 19:15

  本文关键词：Al-Cu-Mg（-Si-Ce）合金的应变疲劳行为研究

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【摘要】：本文通过硬度、拉伸性能、疲劳性能测试以及扫描电镜和透射电镜观察，研究了时效时间、元素Si以及复合添加元素Si和稀土元素Ce对Al-4.5Cu-0.6Mg合金的组织结构和性能的影响，以期为铝合金工程结构件的应用提供一定的理论依据。 显微组织观察表明：加入0.3%的Si元素可以细化挤压态Al-4.5Cu-0.6Mg合金的显微组织，添加0.3%稀土元素Ce后，可以进一步细化挤压态Al-4.5Cu-0.6Mg-0.3Si合金的显微组织。相对于挤压态合金来讲，T6态Al-4.5Cu-0.6Mg合金的晶粒出现明显的长大现象，T6态Al-4.5Cu-0.6Mg-0.3Si合金与T6态Al-4.5Cu-0.6Mg-0.3Si-0.3Ce合金的晶粒尺寸基本不变。说明Si元素与复合添加Si元素和Ce元素可以有效抑制T6态合金晶粒的长大。 拉伸实验结果表明：随着时效时间的延长，T6态Al-4.5Cu-0.6Mg (-0.3Si-0.3Ce)合金的抗拉强度和屈服强度曲线均呈现先升高后降低的趋势，断裂伸长率均呈现下降的趋势。其中Al-4.5Cu-0.6Mg合金在时效时间为10h时达到峰时效，，Al-4.5Cu-0.6Mg-03Si合金、Al-4.5Cu-0.6Mg-0.3Si-0.3Ce合金在时效时间为14h时达到峰时效。当时效时间相同时，Al-4.5Cu-0.6Mg-0.3Si-0.3Ce合金的强度和断裂伸长率最高，而Al-4.5Cu-0.6Mg合金的强度和断裂伸长率最低。 低周疲劳实验结果表明：T6态挤压变形Al-4.5Cu-0.6Mg (-0.3Si-0.3Ce)合金在低周疲劳加载条件下，其循环应力响应行为可表现为循环应变硬化和循环稳定；元素Si以及复合添加元素Si和稀土元素Ce均可显著增加T6态Al-4.5Cu-0.6Mg合金的循环变形抗力，同时提高了合金的低周疲劳寿命，其中Al-4.5Cu-0.6Mg-0.3Si-0.3Ce合金的循环变形抗力和低周疲劳寿命最高。Al-4.5Cu-0.6Mg(-0.3Si-0.3Ce)合金的塑性应变幅、弹性应变幅与疲劳断裂时的载荷反向周次之间均呈线性关系，分别服从Coffin-Manson和Basquin公式。其疲劳裂纹均以穿晶方式萌生于试样表面，并以穿晶方式扩展。
【关键词】：Al-Cu-Mg(-Si-Ce)合金 微观结构 拉伸性能 低周疲劳
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 铝合金概述及分类9-10
• 1.2 变形铝合金10-14
• 1.2.1 变形铝合金的挤压成形工艺10-12
• 1.2.2 Al-Cu-Mg 铝合金中合金元素的研究12-13
• 1.2.3 Al-Cu-Mg 系铝合金的研究进展13-14
• 1.3 稀土铝合金14-16
• 1.4 铝合金的疲劳行为研究16-19
• 1.5 本课题提出的意义19-20
• 第2章 实验材料、设备及方法20-24
• 2.1 实验材料20
• 2.2 实验设备20
• 2.3 实验内容与方法20-24
• 2.3.1 铝合金的熔炼20
• 2.3.2 铸锭的均匀化处理20-21
• 2.3.3 铝合金的热挤压21
• 2.3.4 铝合金的热处理21
• 2.3.5 硬度测试21
• 2.3.6 拉伸实验21
• 2.3.7 低周疲劳实验21-22
• 2.3.8 金相组织观察22
• 2.3.9 扫描电镜观察22-23
• 2.3.10 透射电镜观察23-24
• 第3章 实验结果分析24-46
• 3.1 合金的显微组织24-25
• 3.2 硬度测试25-26
• 3.3 拉伸实验26-29
• 3.4 合金的微观结构29-31
• 3.5 拉伸断口形貌观察31-34
• 3.6 低周疲劳试验34-42
• 3.6.1 循环应力响应行为34-38
• 3.6.2 低周疲劳寿命行为38-41
• 3.6.3 循环应力-应变行为41-42
• 3.7 疲劳断口形貌观察与分析42-46
• 3.7.1 疲劳裂纹源区形貌42-44
• 3.7.2 疲劳裂纹扩展区形貌44-45
• 3.7.3 疲劳瞬断区形貌45-46
• 第4章 讨论46-52
• 4.1 合金组织和拉伸性能46-48
• 4.2 循环应力响应行为48-49
• 4.3 疲劳寿命行为49-50
• 4.4 疲劳断裂行为50-52
• 第5章 结论52-53
• 参考文献53-57
• 在学研究成果57-58
• 致谢58

【参考文献】

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本文编号：702477