7075铝合金扭转微动疲劳行为研究

发布时间：2017-12-24 15:42

  本文关键词：7075铝合金扭转微动疲劳行为研究　出处：《西南交通大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：微动疲劳现象在航空航天、汽车、机械、铁路、电力等领域广泛存在,促使微动损伤区域裂纹提前萌生并扩展,大幅缩短构件服役寿命。扭转微动疲劳是典型微动疲劳形式之一,目前国内外对扭转微动疲劳相对较少,而扭转微动疲劳现象存在于轨道交通中的车轴和电机转轴等重要部件中,7075铝合金具有良好的损伤敏感性,能较好的显示损伤机理。本论文以7075铝合金材料作为研究对象,在基于多轴疲劳试验机上自主设计的扭转微动装置上,进行了常规扭转疲劳试验和扭转微动疲劳试验,采用三维光学显微镜、体式显微镜、扫描电镜、能谱分析仪和电子探针等分析仪器,分析了常规扭转和扭转微动疲劳试样失效的损伤机理,深入探讨了7075铝合金材料扭转微动疲劳损伤特性,获得以下结论:(1)随着扭转疲劳应力的增大,7075铝合金材料的常规扭转疲劳寿命呈下降趋势,而其扭转微动疲劳寿命呈现先降低后增加最后再降低的变化趋势,即S-N曲线呈“ε”型曲线特征。(2)7075铝合金常规扭转疲劳试样失效断口为横向切断型,扭转微动疲劳试样失效断口为正断型。断口类型的差异并不是微动引起的,而是两种试验的扭转疲劳应力范围的不同造成的。常规扭转裂纹萌生于表面,扭转微动疲劳裂纹萌生在靠加载端和中间位置之间的磨痕边缘处的次表面区域。(3)在相同法向载荷下,随着扭矩的增加,摩擦系数的稳定值也随着增加。当微动运行区域在混合区,靠加载端的位移幅值较大,磨损深度和氧化程度高于比中间位置和靠固定端,局部接触疲劳强烈,裂纹易萌生,疲劳寿命较短;在部分滑移区时,磨损和氧化相对均匀,部分滑移区主要以微动磨损为主,疲劳寿命较长;在滑移区时,损伤与混合区类似,但表面磨损相对严重,表面剥落和磨损消除了表面形成的微裂纹,疲劳寿命高于混合区。(4)扭转微动损伤机制为疲劳磨损、氧化磨损和磨粒磨损。微动疲劳裂纹在磨痕两侧均会萌生,在萌生阶段主要受法向接触应力的控制,裂纹向基体扩展方向与接触面呈30°;在裂纹扩展过渡阶段,在法向接触应力和扭转疲劳应力共同控制下,裂纹向基体扩展方向与接触面呈60°;在裂纹扩展阶段,扩展深度已经超过赫兹接触深度,裂纹扩展主要受扭转疲劳应力控制,当两侧的主裂纹在裂纹扩展过程中相交,角度约为90°,最终以相交后的主裂纹扩展方向扩展至断裂失效。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.21

【参考文献】

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本文编号：1328984