7075铝合金的低周疲劳行为及其损伤演化机理研究

【摘要】随着各类民、商用飞机以及军工武器装备的发展，航空装备对其材料本征微观结构的依存性尤为突出，这主要因为飞机构件及发动机在高速高温的严酷使用条件下，长寿命和高可靠性迫使材料的要求达到了极限。7075铝合金具备较好的刚度和比强度、加工性能好、有较高抗应力腐蚀的能力以及焊接性能好等特性，在商用飞机的构件上得以应用。铝合金显微组织和析出物均匀分布，但轧制方向分明。夹杂等析出物主要沿轧制方向分布，η′（MgZn2）过渡强化相主要沿晶界析出，强化相粒子呈椭球状。根据Hollomon方程，并拟合真应力-应变曲线，求得S=2532.11.1144p。分别用Manson-Coffin公式和Ramberg-Osgood公式拟合了材料的循环应力-寿命曲线、循环应力-应变曲线、循环应变-寿命曲线，得出常温下7075铝合金的各个疲劳性能参数值。铝合金在低周疲劳加载下呈现为循环硬化、循环软化以及循环稳定。疲劳裂纹一般形成于试样表面或者靠近表面的区域，以靠近裂纹源中心向周围辐射的裂纹呈现放射状，主要来源为孔洞、夹杂等。高应力幅下的裂纹扩展区有犁沟和细涟波纹理等特征,而低应力幅下的裂纹扩展能够观察到大量疲劳辉纹和台阶，并伴随着孔洞和二次裂纹。在疲劳裂纹扩展区阶段，主裂纹由多个微小裂纹合并而成，并且在主裂纹的扩展路径上，次裂纹受到了屏蔽抑制的作用，而裂纹尖端产生位错的作用以及晶界、晶粒取向的不同，使得尖端塑性区对裂纹扩展的路径有很大的影响，并且会使裂纹偏折。疲劳瞬断区则为脆性断裂与延性断裂的混合断口。铝合金的疲劳裂纹扩展速率曲线呈现出比较明显的3个阶段特征，ΔK在6MPam1/2以下的时候，da/dN大约为10-5mmcycle-1，此时处于微裂纹扩展阶段；当ΔK在7～25MPam1/2范围内，此阶段为宏观裂纹扩展，其裂纹扩展速率曲线呈线性关系；而ΔK在25MPam1/2以上时，裂纹的扩展速率加快，此时处于瞬时断裂阶段，最终导致铝合金材料失稳断裂。铝合金晶内的亚稳析出相（GP区（GPⅠ/GPⅡ）、’）能显著提高7075铝合金的强度，但晶界沉淀相（GBP）和无沉淀相析出带（PFZ）对材料的塑性、韧性、抗疲劳以及抗应力腐蚀性能等也会产生重要的影响。铝合金的位错在晶界塞积，而在亚晶界不受位错运动的阻碍，晶界塞积的位错形成的微观畸变应力引起相邻晶粒的位错开动、增殖与运动，位错线已具备一定方向性并初显滑移带特征，沿晶界带依然形成了无位错缠结。
【作者】徐超；
【导师】杨尚磊；
【作者基本信息】上海工程技术大学，材料加工工程，2013，硕士
【关键词】7075铝合金；低周疲劳；断口形貌；损伤行为；

【参考文献】
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