重要铝合金结构件失效机理研究

发布时间：2017-08-24 23:10

  本文关键词：重要铝合金结构件失效机理研究

  更多相关文章： Al-Zn-Mg合金 断裂 失效 EBSD TEM 微观组织

【摘要】：Al-Zn-Mg合金是一种典型的可热处理强化的可焊接铝合金,作为结构材料广泛应用于航空航天以及交通运输等领域。以往针对其微观组织对裂纹萌生及扩展影响的研究一般采用实验室自制材料,并在单一影响因子下进行实验与表征,而忽略了实际工程材料中微观组织结构的不均匀性以及失效条件的复杂性等现实问题,导致结果存在较大分歧,很难对实际生产做出指导。本文针对两种实际7005铝合金工程结构件,主要通过利用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射技术(EBSD)以及扫描透射电子显微镜(STEM)等手段,深入研究不同失效结构件中微观组织与裂纹萌生、扩展的关系。一方面,系统地表征了微观组织不均匀的材料中,各组织对裂纹牵制或促进作用的机理;另一方面,则研究了焊接缺陷与母材组织的对焊接区裂纹扩展的影响。论文主要创新点可总结如下:(1)材料的成形过程以及回复再结晶都会导致材料产生一定程度的组织不均匀,裂纹在不均匀组织内扩展将受到各组织不同程度的抑制作用。当断裂平面平行于不均匀晶粒组织界面时,裂纹更趋向于沿此界面进行扩展。(2)沿晶裂纹更倾向于沿大角度晶界扩展,小角度晶界上的沿晶裂纹常常被阻碍,导致闭合或偏转。大多数的穿晶裂纹在遇到大角度晶界时,由于相邻晶粒的可激活滑移面之间的取向差非常大,滑移面的转换相对困难,会受到很大的阻碍作用,导致裂纹在跨过晶界进入临近晶粒内时,路径会发生很大的偏转,甚至断裂形式将由滑移转变为解理断裂。(3)相比粗晶和细小的再结晶晶粒,变形晶粒对裂纹有更大的阻碍作用。裂纹在局部再结晶区域内扩展时,将优先沿着再结晶形成的大角度晶界扩展而避开这些变形晶粒。若裂纹无法继续沿合适的再结晶晶粒进行沿晶扩展,在外力迫使下,裂纹将以高能态解理断裂的形式穿过形变拉长晶粒。(4)熔合线区域通常是焊接结构的薄弱环节,加之焊缝及周围热影响区中常伴随气孔等焊接缺陷,裂纹倾向于在此处萌生并扩展,微孔聚合型断裂是其主要的断裂方式。(5)焊接热输入会导致母材热影响区内的晶粒组织形貌发生改变,在本研究中焊接使母材热影响区内的晶粒组织发生再结晶而明显细化,降低了材料的塑/韧性,是导致结构件失效的内在原因。
【关键词】：Al-Zn-Mg合金 断裂 失效 EBSD TEM 微观组织
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 Al-Zn-Mg-(Cu)系合金的国内外发展与应用概况10-14
• 1.3 Al-Zn-Mg-(Cu)系合金成形工艺对组织的影响14-19
• 1.3.1 铸造成形与铸态组织14
• 1.3.2 挤压成形及其对组织的影响14-16
• 1.3.3 轧制成形及其对组织的影响16-17
• 1.3.4 焊接成形及其对组织的影响17-19
• 1.4 铝合金中常见的断裂机理19-23
• 1.4.1 滑移和解理19-21
• 1.4.2 微孔聚合型断裂21-22
• 1.4.3 沿晶断裂22
• 1.4.4 疲劳断裂22-23
• 1.5 Al-Zn-Mg-(Cu)系合金微观组织对裂纹的影响23-24
• 1.5.1 析出相对材料韧性的影响23
• 1.5.2 含Cr、Mn等元素的弥散相与裂纹的萌生23-24
• 1.5.3 连续体粒子对裂纹萌生和扩展的影响24
• 1.5.4 晶粒组织对裂纹扩展的影响24
• 1.6 本论文的研究目的和主要内容24-26
• 第2章 实验条件与方法26-35
• 2.1 实验材料26-28
• 2.2 实验技术流程28-29
• 2.3 实验仪器与设备29-30
• 2.4 显微组织分析30-33
• 2.4.1 金相组织分析30
• 2.4.2 透射电子显微镜观察30-31
• 2.4.3 扫描电子显微镜观察31-32
• 2.4.4 电子背散射衍射分析32-33
• 2.5 力学性能测试33-35
• 2.5.1 显微硬度测试33
• 2.5.2 拉伸实验33-35
• 第3章 微观组织不均匀性对裂纹扩展的影响35-53
• 3.1 结构件的硬度分布与微观组织表征35-43
• 3.1.1 结构件的硬度分布37-38
• 3.1.2 晶粒组织形貌38-41
• 3.1.3 连续体粒子、析出相和弥散相41-43
• 3.2 细晶带处的裂纹扩展机制43-44
• 3.3 裂纹偏转的微观机制44-46
• 3.4 裂纹末梢的断裂机制46-49
• 3.5 再结晶晶粒对裂纹扩展的影响49-51
• 3.6 本章小结51-53
• 第4章 焊接缺陷与母材组织对裂纹的影响53-64
• 4.1 焊接失效件的宏观分析与硬度分布53-55
• 4.2 焊接缺陷对裂纹的影响55-59
• 4.3 焊接区微观结构对裂纹的影响59-63
• 4.3.1 焊接前后晶粒组织的变化59-62
• 4.3.2 连续体粒子和析出相的影响62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录71

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本文编号：733640