应力集中对2024铝合金高周疲劳寿命的影响

研究了2024铝合金常温下的高周疲劳性能,获得了2024铝合金在不同应力状态下的S-N曲线.分析了疲劳试样的断口形貌和裂纹萌生/扩展机理,以及疲劳试样的组织结构与疲劳性能之间的关系.结果表明,疲劳极限随着应力集中系数的增加而降低,当应力集中系数相同时,疲劳极限随着应力比的减小而降低;2024铝合金的疲劳断口以穿晶断裂为主;第二相颗粒起到了阻碍疲劳裂纹扩展的作用,使2024铝合金的高周疲劳强度得到了明显提高.     

Zn含量对AlMgSiCu合金组织和力学性能的影响

使用常规铸锭冶金方法制备了不同Zn含量的AlMgSiCu合金.利用光学显微镜、扫描电镜、拉伸测试和纳米压痕方法研究了Zn含量对铝合金微观组织和力学性能的影响.研究发现Zn元素能够轻微细化AlMgSiCu合金铸态组织.随着合金中Zn含量的增加,铸态铝合金的晶界变宽,晶界析出相增多.Zn的添加未影响铸态合金的相组成和形貌.随Zn含量的增加,铝合金的强度和延伸率呈现先增后降的变化趋势,添加质量分数0.5%Zn可使合金具有最高的强度,而0.75%Zn使合金获得最高延伸率.对含Zn铝合金的纳米压痕测量表明:随着Zn含量的增加,铝合金的弹性模量呈现逐步降低的趋势.     

时效状态对7020铝合金疲劳性能的影响

研究不同时效状态下7020铝合金的疲劳强度及疲劳裂纹扩展性能,并分别利用透射电镜和扫描电镜对合金的显微组织及疲劳断口进行观察分析。研究结果表明:欠时效、峰时效和过时效3种时效态合金在循环数为107次时的条件疲劳极限分别为131,114和127 MPa;欠时效合金具有最低的疲劳裂纹扩展速率,峰时效合金的疲劳裂纹扩展速率最高;随着时效程度加大,过时效合金的疲劳裂纹扩展性能有所改善;欠时效合金中可切过的GP区增加位错滑移的可逆性并促进裂纹的偏折,而峰时效合金中主要为η'相,不可切过的η'相以及较大的晶内和晶界无析出带(PFZ)之间的强度差导致疲劳裂纹容易萌生和扩展;过时效合金晶内晶界强度差减小以及相关的裂纹闭合机制使其疲劳性能得到改善。     

航空铝合金预腐蚀疲劳寿命退化规律

航空铝合金材料在服役过程中常因腐蚀损伤而导致疲劳断裂问题,通过采用扫描电镜及疲劳寿命测试等方法,研究了不同预腐蚀损伤对2xxx铝合金在不同应力比下疲劳寿命的影响,探讨了预腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生扩展的影响机理.结果表明:预腐蚀损伤对2xxx铝合金材料疲劳寿命的影响显著,材料的疲劳性能随着腐蚀损伤程度的增加而明显下降.同时建立了预腐蚀损伤对材料疲劳极限的影响系数C-T-R模型,材料疲劳极限的影响系数C随着预腐蚀时间的增加或者应力比R的增加而变大.断口分析表明,预腐蚀损伤的存在导致裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹萌生由单源转变为多源,并且均萌生于腐蚀坑处.     

固溶处理对2E12铝合金组织及疲劳断裂行为的影响

通过对2E12铝合金进行493 ℃/20 min和503℃/20 min固溶处理,研究固溶处理对2E12合金室温拉伸及疲劳性能的影响.采用X线衍射分析、扫描电镜和金相分析对合金组织及疲劳断口进行观察.研究结果表明:提高固溶处理温度对合金拉伸性能影响不大,但可明显减少合金中残留相(Al2Cu,A12CuMg)的含量;经503 ℃/20 min处理后合金的拉伸强度较经493℃/20 min处理后合金的拉伸强度略有提高,但其疲劳寿命延长约20％;合金中残留相在疲劳过程中容易开裂形成微小二次裂纹,在主裂纹扩展过程中起到桥接作用,从而加速疲劳裂纹扩展,降低合金疲劳性能.     

应力比对WC-Co硬质合金疲劳性能的影响

采用三点弯曲疲劳法,研究了不同粘结相含量以及粘结相成分的硬质合金在两种不同应力比(R=0.1和R=0.5)加载时的疲劳行为,并结合SEM对疲劳机理进行了分析.结果表明:硬质合金疲劳断裂过程同时存在脆性断裂和韧性断裂.在两种应力比疲劳加载时都发现,增加钴含量,合金的疲劳敏感性先减小后增大,添加Ni和Cr能降低合金的疲劳敏感性.大应力比疲劳加载时,粘结相疲劳断裂过程由脆性断裂向韧性断裂转变.增大应力比对合金的疲劳敏感性也有影响.     

Si含量对高强高韧7050铝合金组织和力学性能的影响

通过熔炼制备8种不同杂质Si含量的7050铝合金,研究了Si含量从0.033%~0.491%的变化对7050铝合金组织和力学性能的影响规律.结果表明：当Si含量增加至0.134%时,合金铸态组织中出现明显的粗大富Si杂质相,并且随Si含量增加,富Si杂质相含量增多;粗大富Si杂质相在均匀化退火、热挤压以及固溶处理过程中都难以溶解,残留在时效态合金组织中;当Si含量增加至0.134%时,时效态合金的室温拉伸强度和塑性明显提高;在Si含量高于0.344%后,Si含量的增加使合金的室温拉伸强度、塑性和断裂韧性都显著降低.为获得最佳的室温强度和塑性,7050铝合金的Si含量应控制在0.121%~0.134%,但要获得更好的断裂韧性,需进一步降低合金中Si含量.     

海洋大气腐蚀对7475铝合金疲劳性能的影响

针对海洋大气环境下金属腐蚀严重的问题,研究了海洋大气腐蚀对7475铝合金疲劳性能的影响,提出了7475铝合金的腐蚀防护措施。首先对在海南暴晒1年的7475铝合金不同表面状态的疲劳寿命进行测定,其次运用概论统计中的T检验和F检验处理疲劳数据,并采用扫描电子显微镜（SEM）观察疲劳断口形貌,分析海洋大气腐蚀对7475铝合金疲劳性能的影响,最后得出了7475铝合金腐蚀防护措施。结果表明：在海南海洋大气环境中暴晒1年后,涂漆的7475铝合金疲劳寿命最长,不涂漆的7475铝合金表面出现明显的点蚀,从而降低材料寿命;不涂漆胶结装配的7475铝合金主要在与TC18钛合金连接处发生严重腐蚀,疲劳寿命略有降低;7475铝合金表面涂漆,可以有效防止其在海洋大气环境中的严重腐蚀。     

淬火条件对A356合金疲劳裂纹扩展的影响

在固溶和时效条件相同的情况下,选择3种淬火温对矿铸A356合金做淬火处理,对这3种淬火态合金的拉伸及疲劳裂纹扩展性能进行了研究。结果表明：随淬火介质温度的降低,淬火降温速率提高,合金的强度增加,塑性下降;当应力比R较低时,淬火条件对合金疲劳门槛区的裂纹扩展阻力有明显影响。降低淬火介质温度可以提高合金疲劳裂纹面的粗糙度,增加粗糙度诱发的裂纹闭合,同时还能降低a(Al)基体中的粗大β‘-Mg2Si相和无沉淀区,从而提高了合金的疲劳裂纹扩展阻力。     

残余应力与拘束对GH4169合金疲劳及蠕变-疲劳裂纹扩展速率影响研究

为深入理解残余应力与拘束在疲劳载荷下的交互作用,以镍基高温合金GH4169为研究对象,选用紧凑拉伸(CT)试样,对不同拘束CT试样的上方施加不同大小的预加载荷从而在裂尖产生不同应力。将该应力作为残余应力,系统研究残余应力和拘束交互作用下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率。结果表明：随着裂尖残余压应力的增加,不同拘束下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率均降低。与低拘束试样相比,高拘束试样的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感,这主要与裂尖Mises应力和垂直于裂纹扩展方向的正应力有关。与疲劳裂纹扩展速率相比,蠕变-疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感。     

淬火条件对A356合金疲劳裂纹扩展的影响

在固溶和时效条件相同的情况下,选择3种淬火水温对砂铸A356合金做淬火处理,对这3种淬火态合金的拉伸及疲劳裂纹扩展性能进行了研究.结果表明随淬火介质温度的降低,淬火降温速率提高,合金的强度增加,塑性下降;当应力比R较低时,淬火条件对合金疲劳门槛区的裂纹扩展阻力有明显影响.降低淬火介质温度可以提高合金疲劳裂纹面的粗糙度,增加粗糙度诱发的裂纹闭合,同时还能降低α(Al)基体中的粗大β′-Mg2Si相和无沉淀区,从而提高了合金的疲劳裂纹扩展阻力.     

缺口应力集中对AL6061铝合金超高周疲劳性能的影响

利用超声疲劳试验方法考察了AL6061铝合金缺口试样的疲劳强度,分别对板状光滑试样和缺口试样进行了10~5周次～10~(10)周次范围内的对称疲劳试验。试验载荷为轴向拉压R=-1,加载频率为20 kHz,环境温度为室温,试验结果显示,在10~(10)周次范围内光滑试样和缺口试样的S-N曲线都出现了极限平台型的特征,存在传统疲劳理论定义的疲劳极限,且试样的疲劳性能随着应力集中系数的增加而降低。大多数试样疲劳裂纹萌生于表面,但随着疲劳周次的增加,AL6061铝合金疲劳缺口系数和疲劳缺口敏感系数增加。理论应力集中系数为2.54的试样其疲劳缺口敏感系数为0.89,理论应力集中系数为3.27的试样其疲劳缺口敏感系数为0.82,疲劳缺口敏感系数接近1,表明AL6061铝合金具有非常高的缺口敏感性,在实际工程应用中,须充分考虑应力集中对该材料及相应结构疲劳强度的影响。     

铝合金大厚板淬火残余应力数值分析

基于淬火会引起铝合金大厚板很大的残余应力,并容易引起淬火变形与裂纹,恶化材料的性能,运用有限元分析软件ANSYS研究了铝合金板材尺寸、淬火介质温度对温度场、应力场和残余应力的影响.基于随温度变化的材料物性参数以及材料表面与淬火介质的换热系数,进行了淬火过程的非线性热传导分析.结果表明,随着板材厚度的增加,铝合金薄板的残余应力增加明显,而铝合金厚板的残余应力未产生太大变化;随着淬火介质温度的升高,厚板的残余应力也无明显降低;对于铝合金厚板,通过优化合金成分等措施来提高合金淬透性,才能有效降低残余内应力,并保证合金的力学性能.     

固溶温度和稳定化工艺对GH864合金疲劳裂纹扩展特征的影响

研究了不同固溶温度和稳定化处理工艺后GH864合金的裂纹扩展情况.通过分析合金的微观组织,断口形貌以及lga--lgNi/Nf、da/dN--a及da/dN--N曲线特征,定量计算了裂纹萌生期、稳态扩展期及失稳瞬断期在整个疲劳断裂过程中所占比例,并进一步分析影响各自比例的微观组织因素.结果表明:随着固溶温度的升高,晶粒尺寸增加,合金的裂纹扩展速率降低,同时裂纹的萌生期的比例降低,而裂纹的扩展期比例则会增加;随稳定化时间的延长和温度的升高,晶界碳化物析出量增加,降低了合金的裂纹扩展速率,但是裂纹萌生期的比例在逐渐增加.     

超音速火焰喷涂WC涂层替代电镀硬铬：疲劳和摩擦磨损性能

以WC涂层在飞机起落架的应用作为研究背景,对300 M超高强钢基体上电镀硬铬和超音速火焰喷涂WC-17Co和WC-10Co4Cr涂层的疲劳及与Al—Ni—Bronze合金的摩擦磨损性能进行了研究。结果表明,有WC涂层300 M钢的疲劳寿命与无涂层300 M钢的疲劳极限和过载下的疲劳寿命相当,WC涂层对300 M钢的疲劳寿命不会产生不良影响;而电镀硬铬使300 M钢的疲劳极限降低120 MPa,疲劳寿命则降低70 %～90 %。疲劳失效分析表明, WC涂层中的疲劳裂纹在界面上发生偏斜,转向沿界面扩展,因此对基体的疲劳寿命没有影响;而电镀硬铬中的的疲劳裂纹扩展到基体表面,显著降低基体的疲劳寿命。10#航空液压油润滑下涂层与Al—Ni—Bronze合金的摩擦磨损表明,与电镀硬铬对磨时,Al—Ni—Bronze合金发生明显的磨损,同时因质量转移而导致电镀硬铬的质量显著增加;而WC涂层仅略有失重,相应地Al—Ni—Bronze合金的失重仅为与电镀硬铬层磨损失重的1/50～1/100。WC涂层与Al—Ni—Bronze合金的磨损机理主要为磨粒磨损;电镀硬铬与Al—Ni—Bronze合金的磨损机理主要为黏着磨损。     

Si含量对Fe-20Ni-3.5C自润滑材料组织与性能的影响

采用熔炼法制备不同Si含量的Fe-20Ni-3.5C固体自润滑合金,研究了Si含量对Fe-20Ni-3.5C合金机械性能和摩擦磨损性能的影响.研究表明,随着硅含量的增加,固溶于奥氏体基体中的碳含量逐渐降低,结晶中的片状石墨逐渐短粗化和球化.当硅含量为2.5%时,合金的硬度与抗拉强度最高而相对应的冲击韧性则较低.材料的干摩擦因数和磨损率随着合金硬度的提高而降低,其中Fe-20Ni-3.5C-2.5Si合金硬度高,摩擦因数最低,干摩擦因数保持在0.23,其磨损形式为疲劳磨损.     

深水铝合金隔水管涡激振动疲劳特性

铝合金隔水管(AAR)具有高比强度,在减轻重量的同时还可承受恶劣的海洋环境.涡激振动(VIV)是引起隔水管屈服失效与疲劳失效的主要因素,也是隔水管设计过程中需要考虑的主要问题.基于一种模态叠加方法预测隔水管的VIV响应,通过大量分析,系统研究了铝合金隔水管在不同流动剖面下的VIV响应与疲劳特性.结果表明,AAR的涡致疲劳损伤依赖于流动剖面的形状,且在不同位置处差别较大.长度增加导致隔水管模态频率与模态曲率降低,使得隔水管具有更好的VIV疲劳特性.与常规钢制隔水管(SR)相比,铝合金隔水管具有较好的VIV疲劳特性.     

深水铝合金隔水管涡激振动疲劳特性

铝合金隔水管(AAR)具有高比强度,在减轻重量的同时还可承受恶劣的海洋环境.涡激振动(VIV)是引起隔水管屈服失效与疲劳失效的主要因素,也是隔水管设计过程中需要考虑的主要问题.基于一种模态叠加方法预测隔水管的VIV响应,通过大量分析,系统研究了铝合金隔水管在不同流动剖面下的VIV响应与疲劳特性.结果表明,AAR的涡致疲劳损伤依赖于流动剖面的形状,且在不同位置处差别较大.长度增加导致隔水管模态频率与模态曲率降低,使得隔水管具有更好的VIV疲劳特性.与常规钢制隔水管(SR)相比,铝合金隔水管具有较好的VIV疲劳特性.     

基于MATLAB统计工具箱的5182铝合金组织及性能研究

文章比较不同细化方法细化5182铝合金的晶粒细化能力,同时用MATLAB统计工具箱采用统计分析方法对均匀化处理前后的5182铝合金的硬度进行分析.结果证明,Al-5Ti-1B细化合金的晶粒最小,含钛铝锭(GRAI) 0.25%Zr细化合金的晶粒略大于Al-5Ti-IB细化合金;GRAI中分别加入0.16%La、0.20%RE(富铈混合稀土)后,合金晶粒变化不大;GRAI制造的5182铝合金比Al-5Ti-IB、Al-10Ti中间合金细化的合金硬度高;加0.25%Zr使GRAI制造合金硬度增加;对于均匀化前的合金,加0.16%La使GRAI制造合金硬度减小,而加0.20%RE硬度变化较小;对于均匀化处理后的合金,加0.16%La使GRAI制造合金硬度变化较小,而加0.20%RE使GRAI制造合金硬度增加.均匀化处理,使合金的硬度有所下降,GRAI 0.25%Zr细化合金的硬度下降幅度最大.     

铝硅钛合金的疲劳性能

以电解铝硅钛合金为基,在工厂的生产条件下熔炼成与ＺＬ１０８合金成份基本相同的铸造ＡＳＴ１０８铝合金;对比分析研究了ＡＳＴ１０８和ＺＬ１０８合金的疲劳性能。结果表明,ＡＳＴ１０８合金比ＺＬ１０８合金具有更长的疲劳寿命,其主要原因是由于ＡＳＴ１０８合金中自然存在的钛元素细化了α（Ａ１）晶粒,也使共晶硅粒子分布更加均匀,用扫描电镜对疲劳断口观察后发现,疲劳裂纹都萌生于试样表面或亚表面的氧化物夹杂等缺陷处