挤压AZ80镁合金轮毂关键部位疲劳行为研究
发布时间：2021-07-23 03:07
传统镁合金轮毂抗疲劳设计的主要参考依据是数值模拟分析及物理旋转疲劳试验。为保证产品服役期间的可靠性和耐用性,结构薄弱的部位不可避免的存在过度设计。这不仅减弱了镁合金的轻质优势,而且对材料本身固有的损伤模式也没有提供解决方案。此外,镁合金轮毂成形的热机械历史也导致了内部微观组织的不均匀分布,进一步引起不同部位中疲劳行为的差异性。本文主要研究一种新型省力挤压工艺成形的镁合金轮毂的静态及疲劳力学性能,分析该成形工艺下的轮辐、轮辋部分的微观组织形貌,以及它们在承受循环载荷时的疲劳变形行为和失效机理,进而为调控优化其疲劳性能及疲劳寿命预测提供理论支持和数据参考。通过微观结构和织构分析、应力-应变响应监测、孪生-去孪生行为演变以及疲劳断裂形貌分析等研究了AZ80轮毂的静态和疲劳性能。建立了挤压AZ80镁合金轮辋及轮辐中微观组织结构与宏观循环变形行为的联系。结果表明:轮辋组织中存在更细,更均匀的动态再结晶晶粒,平均晶粒尺寸约为17.2μm,而轮辐平均晶粒尺寸约为30.5μm。轮辋试样的极限抗拉强度达到339 MPa,断裂伸长率达到14.6%。此外,轮辋与轮辐相比还显示出更优异的疲劳性能,这与其细小的...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轮辋及轮辐的静态初始应力分布[18]
中北大学学位论文4而限制了轮毂的服役寿命。镁合金轮毂的疲劳行为及其断裂机理的探求与合理预测疲劳寿命等难点亟待突破。1.3镁合金的疲劳行为1.3.1疲劳概述19世纪初期的第一次工业革命中，人们注意到汽轮机主轴等构件在远低于材料强度的应力水平下承受一段时间的循环载荷后会发生断裂，这一现象被首次定义为金属材料的疲劳。疲劳是指在多次加载过程中，小缺陷不断累积，包括裂纹或孔洞的形核和扩展，最终导致失效的过程。一般根据载荷及实验条件进行疲劳分类，按循环周次分为：高周、低周疲劳等；按载荷控制分为：应力、应变控制疲劳；按应力状态分为：单轴、多轴疲劳；此外还有蠕变疲劳、微动疲劳、接触疲劳、环境疲劳等等。应力控制疲劳是指疲劳实验时应力幅维持恒定或按预先设定程序变化的疲劳形式；应变控制疲劳对应为预先设定应变幅的疲劳形式。实际结构件的载荷历程复杂，受载模式处于二者的交互变化之间。应力控制疲劳试验下的疲劳性能可以通过循环应力-循环周期（S-N）图直观表示。当循环应力低于一特定数值时（疲劳极限），材料可以理论上承受无穷次的循环加载而保持性能稳定，对应S-N图中低载荷振幅下的平台。铝、镁合金没有类似的疲劳极限，一般通过107周次下的循环应力定义疲劳极限值。但在低于疲劳极限或高周疲劳循环周次的安全状态中的非损伤变形也不完全是弹性变形[22]，在图1-2中对这种情况进行了图示总结，沿着曲线的所有应力水平均出现了应力-应变滞回曲线。只有在疲劳极限以下才能观察到完全的弹性行为。图1-2S-N曲线示意图[22]Fig.1-2S-Ncurvediagram[22]
中北大学学位论文5对承受循环载荷的金属试样来说，塑性损伤随加载周次上升而累积，图1-3为金属试样从疲劳裂纹形核到最终断裂的示意图。图1-4为/S-N曲线下的不同阶段寿命占比示意图[22]，对于低载荷条件下的试验结果，裂纹萌生占据90%以上的寿命，而裂纹扩展对疲劳寿命的贡献有限，这与其循环受载期间的弹性变形主导有关；而高应力应变条件下裂纹扩展比例提高，试样在早期的塑性变形中产生疲劳裂纹并随循环周次上升而扩展。图1-3疲劳断裂过程示意图Fig.1-3Schematicdiagramoffatiguefractureprocess图1-4金属疲劳失效阶段示意图[22]Fig.1-4Schematicdiagramofmetalfatiguefailurestage[22]镁合金在较小的循环受载下，位错的来回位移及与氧化物的交互作用不再是无损伤的可逆变形。一般的应力控制实验不适合反映不同载荷层次下的疲劳损伤累积过程。而且应力控制的试验结果对结构件的寿命评价更倾向于关注疲劳极限的安全侧评价，对寿命的预测会更保守。本文进行的应变测试结果则属于危险侧评价。由于镁合金结构件在实际服役中易受腐蚀，随后发生疲劳，用应变控制的疲劳实验结果会更接近实际情况，对镁合金结构件的疲劳行为分析更具有工程意义。1.3.2镁合金的疲劳变形研究镁合金中最热的话题就是变形机制，变形机制是造成镁及其合金表现出复杂力
本文编号：3298464
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轮辋及轮辐的静态初始应力分布[18]
中北大学学位论文4而限制了轮毂的服役寿命。镁合金轮毂的疲劳行为及其断裂机理的探求与合理预测疲劳寿命等难点亟待突破。1.3镁合金的疲劳行为1.3.1疲劳概述19世纪初期的第一次工业革命中，人们注意到汽轮机主轴等构件在远低于材料强度的应力水平下承受一段时间的循环载荷后会发生断裂，这一现象被首次定义为金属材料的疲劳。疲劳是指在多次加载过程中，小缺陷不断累积，包括裂纹或孔洞的形核和扩展，最终导致失效的过程。一般根据载荷及实验条件进行疲劳分类，按循环周次分为：高周、低周疲劳等；按载荷控制分为：应力、应变控制疲劳；按应力状态分为：单轴、多轴疲劳；此外还有蠕变疲劳、微动疲劳、接触疲劳、环境疲劳等等。应力控制疲劳是指疲劳实验时应力幅维持恒定或按预先设定程序变化的疲劳形式；应变控制疲劳对应为预先设定应变幅的疲劳形式。实际结构件的载荷历程复杂，受载模式处于二者的交互变化之间。应力控制疲劳试验下的疲劳性能可以通过循环应力-循环周期（S-N）图直观表示。当循环应力低于一特定数值时（疲劳极限），材料可以理论上承受无穷次的循环加载而保持性能稳定，对应S-N图中低载荷振幅下的平台。铝、镁合金没有类似的疲劳极限，一般通过107周次下的循环应力定义疲劳极限值。但在低于疲劳极限或高周疲劳循环周次的安全状态中的非损伤变形也不完全是弹性变形[22]，在图1-2中对这种情况进行了图示总结，沿着曲线的所有应力水平均出现了应力-应变滞回曲线。只有在疲劳极限以下才能观察到完全的弹性行为。图1-2S-N曲线示意图[22]Fig.1-2S-Ncurvediagram[22]
中北大学学位论文5对承受循环载荷的金属试样来说，塑性损伤随加载周次上升而累积，图1-3为金属试样从疲劳裂纹形核到最终断裂的示意图。图1-4为/S-N曲线下的不同阶段寿命占比示意图[22]，对于低载荷条件下的试验结果，裂纹萌生占据90%以上的寿命，而裂纹扩展对疲劳寿命的贡献有限，这与其循环受载期间的弹性变形主导有关；而高应力应变条件下裂纹扩展比例提高，试样在早期的塑性变形中产生疲劳裂纹并随循环周次上升而扩展。图1-3疲劳断裂过程示意图Fig.1-3Schematicdiagramoffatiguefractureprocess图1-4金属疲劳失效阶段示意图[22]Fig.1-4Schematicdiagramofmetalfatiguefailurestage[22]镁合金在较小的循环受载下，位错的来回位移及与氧化物的交互作用不再是无损伤的可逆变形。一般的应力控制实验不适合反映不同载荷层次下的疲劳损伤累积过程。而且应力控制的试验结果对结构件的寿命评价更倾向于关注疲劳极限的安全侧评价，对寿命的预测会更保守。本文进行的应变测试结果则属于危险侧评价。由于镁合金结构件在实际服役中易受腐蚀，随后发生疲劳，用应变控制的疲劳实验结果会更接近实际情况，对镁合金结构件的疲劳行为分析更具有工程意义。1.3.2镁合金的疲劳变形研究镁合金中最热的话题就是变形机制，变形机制是造成镁及其合金表现出复杂力
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