2124铝合金板材断裂韧性和高周疲劳特性研究

发布时间：2017-05-27 17:15

  本文关键词：2124铝合金板材断裂韧性和高周疲劳特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 通过MTS测试了不同厚度2124-T851铝合金板材的断裂韧性,并详细考察了合金板材的疲劳性能。此外,通过金相实验方法(OM),X射线物相分析(XRD)以及透射电镜分析(TEM),结合断裂韧性测试以及疲劳性能实验失效样品断口扫描电镜扫描分析(SEM)研究了合金微观组织结构对2124-T851铝合金板材断裂韧性和疲劳性能的影响。结果表明: (1)2124-T851铝合金板材不同取向的断裂韧性不同,L-T向断裂韧性明显优于T-L向:30mm厚板材断裂韧性最好,L-T向为29.64MPa(?),T-L向为24.31MPa(?)。 (2)2124-T851铝合金板材应力幅值低于243MPa时,疲劳寿命达到10~7;随厚度的增加,疲劳强度下降,疲劳裂纹扩展速率增加。 (3)高周疲劳断裂过程中应力幅值越高,样品疲劳寿命越低,瞬断区面积占总的断面面积的比例也越大。应力幅值对板材疲劳寿命的影响主要在于随着应力幅值的提高,在疲劳辉纹间距略有增大的同时,疲劳裂纹越早进入瞬时断裂阶段。 (4)疲劳裂纹扩展速率计算结果,30mm厚板材为da/dN=2.8×10~(-8)(△K)~(3.5);40mm厚板材为da/dN=4.4×10~(-8)(△K)~(3.4);55mm厚板材为da/dN=5.7×10~(-8)(△K)~(3.3)。由于裂纹闭合效应等因素的影响,循环载荷数会远大于微观可见的疲劳辉纹数目,因此计算结果与断口观察的疲劳辉纹间距有差异。 (5)2124-T851铝合金疲劳裂纹扩展有明显的三阶段特性,疲劳裂纹一般在试样表面萌生,裂纹扩展中产生大量疲劳辉纹,随着裂纹的扩展疲劳辉纹间距会增大,随后发生瞬时断裂,断口呈小韧窝和解理断裂的混合形貌。 (6)Paris描述的应力场强度因子范围与裂纹扩展速率的关系只适用于某一扩展阶段,裂纹在Ⅰ和Ⅲ阶段,其扩展速率都是随△K的增加而急剧上升。疲劳瞬断区的形成和材料的断裂韧性是相关的,当K_(max)大约达到K_(IC)时材料发生断裂。 (7)2124-T851铝合金板材为不完全的再结晶组织,合金主要相有α-Al基体,针状析出相S'(Al_2CuMg)以及大颗粒析出相Al_6(Fe,Mn)。 (8)晶界和亚晶界能有效阻止疲劳裂纹的萌生和扩展,有利于合金的抗疲劳性能和断裂韧性。板材厚度对2124-T851铝合金断裂韧性以及疲劳性能的影响主要源于因板材厚度不同而导致的晶界以及亚晶界情况的差异。
【关键词】：2124铝合金 高周疲劳 断裂韧性 S-N曲线 疲劳裂纹扩展速率 疲劳断口 微观组织结构
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第一章 文献综述10-26
• 1.1 2x24铝合金概述10-15
• 1.1.1 2x24合金发展概况10-11
• 1.1.2 2x24合金的合金化机理11-13
• 1.1.3 2x24合金的组织与性能13-15
• 1.2 铝合会的断裂韧性15-18
• 1.2.1 应力场强度因子和断裂韧性15-16
• 1.2.2 铝合金断裂韧性测试方法16
• 1.2.3 影响铝合金材料断裂韧性的主要因素16-18
• 1.3 铝合金的疲劳18-20
• 1.3.1 疲劳研究发展概况18-19
• 1.3.2 金属疲劳的分类19-20
• 1.4 疲劳裂纹的萌生和扩展20-25
• 1.4.1 疲劳裂纹扩展一般规律性描述20-22
• 1.4.2 疲劳裂纹萌生的主要机理22-23
• 1.4.3 疲劳裂纹扩展的主要机理23-25
• 1.5 本论文研究的目的和主要研究内容25-26
• 第二章 实验材料和方法26-31
• 2.1 实验材料26
• 2.2 实验分析方法26-31
• 2.2.1 断裂韧性实验26-27
• 2.2.2 疲劳强度实验27-28
• 2.2.3 疲劳裂纹扩展实验28
• 2.2.4 断口扫描电镜观察28-29
• 2.2.5 金相组织观察29
• 2.2.6 X射线衍射物相分析29
• 2.2.7 透射电镜组织观察29-31
• 第三章 2124-T851铝合会板材断裂韧性31-36
• 3.1 不同厚度2124-T851铝合金板材断裂韧性31-32
• 3.1.1 不同厚度2124-T851铝合金板材L-T 向断裂韧性31
• 3.1.2 不同厚度2124-T851铝合金板材T-L 向断裂韧性31-32
• 3.2 合金断口分析32-33
• 3.3 分析与讨论33-35
• 3.3.1 板材厚度对2124-T851合金断裂韧性的影响机制33-34
• 3.3.2 2124-T851合金厚板不同方向断裂韧性34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 2124-T851铝合金板材疲劳特性36-51
• 4.1 2124-T851铝合金板材疲劳强度36-43
• 4.1.1 不同厚度板材S-N曲线36-37
• 4.1.2 疲劳断口SEM观察37-41
• 4.1.3 分析与讨论41-43
• 4.2 2124-T851铝合金板材裂纹扩展速率43-49
• 4.2.1 不同厚度板材裂纹扩展速率测试结果43-45
• 4.2.2 裂纹扩展速率试验样断口观察45-47
• 4.2.3 分析与讨论47-49
• 4.3 本章小结49-51
• 第五章 微观组织结构对2124合金板性能的影响51-61
• 5.1 2124-T851铝合金板材显微组织结构51-55
• 5.1.1 不同厚度板材金相显微组织观察51-53
• 5.1.2 合金X射线衍射物相分析53-54
• 5.1.3 合金板材TEM观察54-55
• 5.2 分析与讨论55-60
• 5.2.1 晶界及亚结构对合金断裂韧性的影响55-57
• 5.2.3 析出相及夹杂对合金疲劳性能的影响57-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第六章 结论61-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 聂宏,常龙;基于局部应力应变法估算高周疲劳寿命[J];南京航空航天大学学报;2000年01期

2 苏钰;张梅;符仁钰;李麟;;低碳低硅600MPa级TRIP-SH钢的疲劳性能研究[J];金属热处理;2008年08期

3 孙静涛,韩英,李小宇;HG50钢焊接接头疲劳特性[J];焊接学报;2004年03期

4 杨友;刘勇兵;杨晓红;;压铸镁合金AZ91D高周疲劳性能研究[J];特种铸造及有色合金;2006年02期

5 杨浩泉;周平;;高周疲劳过程中45钢表面显微硬度变化规律的研究[J];理化检验(物理分册);2006年07期

6 朱正宇;何国求;陈成澍;张卫华;;多轴非比例加载高周疲劳研究进展[J];同济大学学报(自然科学版);2006年09期

7 杨友;;MB8镁合金高周疲劳实验研究[J];材料工程;2010年12期

8 王红卫，杨大智，，陈

本文编号：400678