鑄造鋁合金疲勞裂紋擴展行為以及裂紋偏折

用降載法測得了2124鋁合金tl取向應(yīng)力比r=0.1、0.3、0.5、0.7下的疲勞裂紋擴展門檻值,用線性擬合法得到da/dn=c1δkn1中的c1和n1值,將其帶入裂紋擴展速率da/dn-δk表達式中,并按標規(guī)定取疲勞裂紋擴展速率(da/dn)=10-7mm/cycle時的δk值為疲勞裂紋擴展門檻值δkth,分析了應(yīng)力比對裂紋擴展門檻值的影響。

研究了大規(guī)格ta5鈦合金熱軋環(huán)材的疲勞裂紋擴展門檻值δkth與疲勞裂紋擴展速率da/dn之間的關(guān)系。結(jié)果表明,δkth值可由近門檻區(qū)的da/dn表達式直接按定義da/dn值算,而無需進行繁瑣的試驗測定。這一結(jié)果同樣適用于β區(qū)加熱熱軋ta5鈦合金板材。

鋁合金6082t6作為一種常用的航空材料具有很好的力學性能,使用這種材料對疲勞不擴展裂紋進行了研究。試樣形狀為單邊缺口拉伸試樣,并在裂紋尖端使用數(shù)控機床鉆直徑為1mm的止裂孔。通過分析可得:疲勞不擴展裂紋可以通過對試樣幾何尺寸的合理設(shè)置得到。在設(shè)計中可以在疲勞構(gòu)件容易萌生裂紋的部位預留出不擴展裂紋的容許長度,從而更大限度的提高構(gòu)件的壽命可靠性,并且可以抵抗一定程度的外界不確定載荷的沖擊影響,減少在裂紋維修或檢查間隔期間的裂紋擴展風險。

進行2024-t3鋁合金標準中心裂紋拉伸試件4種典型環(huán)境下的裂紋擴展試驗,以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過對一般環(huán)境下的裂紋擴展模型進行修正,建立腐蝕環(huán)境下的裂紋擴展模型。對試驗結(jié)果的分析處理表明,該模型能夠很好描述各種典型腐蝕環(huán)境下裂紋穩(wěn)定擴展階段的裂紋擴展速率,能夠較準確估算裂紋擴展壽命,腐蝕修正系數(shù)清楚地反映腐蝕影響的程度。通過對單一介質(zhì)環(huán)境腐蝕修正系數(shù)的加權(quán)組合,模型可以推廣應(yīng)用于復雜環(huán)境下裂紋擴展分析。該模型便于充分利用現(xiàn)有材料裂紋擴展性能的數(shù)據(jù)。

進行了多處損傷ly12cz鋁合金加筋板的疲勞裂紋擴展的分析與試驗研究。給出了典型的隨機載荷譜下鋁合金加筋板多裂紋擴展的預計方法。用組合法和類比法計算多處損傷ly12cz鋁合金加筋板的應(yīng)力強度因子?？紤]每個載荷循環(huán)裂紋之間的相互作用影響,以walker裂紋擴展公式和willenborg-chang裂紋擴展公式為基礎(chǔ),用循環(huán)續(xù)循環(huán)進行裂紋累積,用虛擬施加剩余強度載荷和裂尖韌帶塑性區(qū)連通判據(jù)確定臨界裂紋尺寸。進行了恒幅譜載荷及程序塊譜載荷下加筋板多裂紋的擴展試驗研究。對比了鋁合金多裂紋擴展的分析預計結(jié)果和試驗結(jié)果,對比結(jié)果表明,預測的壽命與試驗結(jié)果吻合較好。

研究含長裂紋薄壁結(jié)構(gòu)彈塑性狀態(tài)下的裂紋擴展規(guī)律對于保證機體結(jié)構(gòu)安全具有重要意義.設(shè)計了民機用鋁合金大寬板裂紋擴展速率測試用試驗件和夾具,進行了2024-t3和7075-t6兩種鋁合金大寬板彈塑性狀態(tài)下裂紋擴展速率測試.討論了應(yīng)力強度因子變程(δk)和裂紋中心線處的張開位移變程(δδ)作為彈塑性狀態(tài)下裂紋擴展速率表征參量的適用性.研究結(jié)果表明:中、高級應(yīng)力水平作用下,含長裂紋鋁合金大寬板裂紋進入快速擴展階段,裂紋擴展δk~da/dn曲線發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折,不能用paris公式擬合.在裂紋擴展后期,δδ~da/dn曲線在雙對數(shù)坐標下呈線性關(guān)系,可用δδ~da/dn關(guān)系曲線來表征彈塑性狀態(tài)下鋁合金的裂紋擴展速率.

由于腐蝕坑不同位置的應(yīng)力狀態(tài)的差異,由腐蝕坑萌生的裂紋擴展行為僅僅用應(yīng)力強度因子分析無法得到準確預測?？紤]裂紋閉合效應(yīng)的存在,本工作對于這種裂紋的應(yīng)力場進行了分析,研究了其幾何尺寸在裂紋擴展過程中的變化,理論分析表明這種幾何形狀的變化與材料形狀以及應(yīng)力范圍的大小關(guān)系不大。對于裂紋擴展的幾何形狀變化的驗證性試驗的試驗結(jié)果與理論分析的結(jié)果吻合程度良好。

金屬材料疲勞裂紋門檻值是金屬材料疲勞壽命模型中的一個重要參量,現(xiàn)有的測量方法存在測量時間長、成本高的問題。針對該問題,提出了利用高倍率的掃描電子顯微鏡通過對疲勞斷口進行量化檢測獲得裂紋擴展門檻值的方法。結(jié)果表明,利用該方法獲得門檻值與采用升降法獲得的門檻值數(shù)值差距較小,且測量方法簡單。

在沒有任何損傷的鋁合金薄板中,主要表現(xiàn)為原子間的非線性,以至于非線性聲學特征不明顯并很難測量;然而當鋁合金薄板中出現(xiàn)疲勞損傷時,將產(chǎn)生明顯的非線性聲學特征,這對于識別鋁合金薄板中的疲勞損傷十分有利。推導超聲波在含有疲勞裂紋的固體金屬中傳播時非線性聲學特征方程。利用非接觸激光測振儀、任意波形發(fā)生器、數(shù)字示波器和計算機等組建鋁合金薄板疲勞裂紋試驗系統(tǒng),并以含有疲勞裂紋的2024鋁合金薄板為研究對象,利用該系統(tǒng),在單頻超聲波即中心頻率為270khz激勵下,對超聲波在2024鋁合金薄板中傳播的非線性聲學特性進行試驗研究。結(jié)果表明,高次諧波可作為表征疲勞裂紋或缺陷的特征量。根據(jù)不同點的掃描結(jié)果,獲得時域峰值幅度和頻率幅度與掃描位置之間的關(guān)系,由此可大致確定疲勞裂紋的位置。

研究了帶環(huán)狀預裂紋不銹鋼圓棒試樣在循環(huán)扭轉(zhuǎn)載荷下、門檻值附近的疲勞裂紋擴展行為,用應(yīng)力強度因子表征了裂紋擴展開始的門檻值.隨著裂紋的擴展,裂紋擴展速率由于裂紋面的滑移接觸而減小.通過外插裂紋擴展速率與裂紋長度之間的關(guān)系,可近似得到裂紋長度為零時無裂紋面滑移接觸影響的裂紋擴展速率.施加的應(yīng)力強度因子范圍可分解為推動裂紋擴展的有效值和由于裂紋面的滑移接觸而屏蔽掉的兩部分.預測了疲勞裂紋的萌生和斷裂極限,預測值和實驗值相當一致.

da/dn-dk曲線及疲勞裂紋擴展壽命——研究問題：含裂紋體的疲勞裂紋擴展規(guī)律，　　疲勞裂紋擴展壽命預測方法?！　⊙芯克悸?-　　斷裂力學法-裂紋尖端的控制參量k-循環(huán)載荷作用下的裂紋擴展速率

有機玻璃疲勞裂紋擴展

在不同的應(yīng)力幅值下,測試了a356鑄造鋁合金的單軸疲勞壽命,對該合金的高周疲勞區(qū)、低周疲勞區(qū)以及過渡區(qū)進行了劃分。分析了合金在循環(huán)加載過程中,應(yīng)變變化的特點。對疲勞試樣的斷口進行了掃描電鏡觀察,闡述了疲勞斷裂的特點。edx能譜分析發(fā)現(xiàn)斷口中的夾雜物主要為鐵的氧化物和高硅顆粒,并在疲勞過程中被剝離。

以s195柴油機鑄鐵缸蓋作為研究對象,運用概率斷裂力學理論,以鑄鐵缸蓋加速熱疲勞安全使用壽命為依據(jù),通過缸蓋的材料物理性能參數(shù)來計算其熱疲勞裂紋擴展速度,并擬合出加速熱疲勞裂紋擴展系數(shù)與試驗控制參數(shù)間的關(guān)系式

歐洲專利ep1757709中公布了一種德國技術(shù)人員研制的al-mg-si系鑄造合金。該合金中除al外,主要含mg和si元素,合金中所含的其它元素(質(zhì)量分數(shù))包括:0.1%～1%mn、fe≤1%、cu≤3%、ni≤2%、cr≤0.5%、co≤0.6%、zn≤0.2%、ti≤0.2%、zr≤0.5%、be≤0.008%、v≤0.5%,合金中雜質(zhì)的總含量不超過0.2%。該合金具有高的熱疲勞強度,能夠用來制造需要承受熱和機械載荷的結(jié)構(gòu)件,特別是壓力鑄造零部件,例如發(fā)動機的曲軸箱等。

鑄造鋁合金厚板是一種高技術(shù)、高附加值的產(chǎn)品,主要應(yīng)用于工具和模具的生產(chǎn)。本文綜述了國際上生產(chǎn)該產(chǎn)品的廠家、其產(chǎn)品特性及應(yīng)用,以及國內(nèi)有生產(chǎn)該產(chǎn)品潛力的鋁加工企業(yè)。

基于非線性超聲調(diào)制頻譜法,對航空鋁合金板材中的疲勞裂紋識別進行研究;以兩個不同頻率的超聲蘭姆波為激勵信號,依靠超聲換能器、波形發(fā)生器和激光測振儀等,對含有疲勞裂紋和無損傷的2024-t351鋁合金薄板試樣進行對比實驗;分別采用時域、頻域和時頻域聯(lián)合法分析非線性超聲波在鋁合金薄板試樣中傳播的響應(yīng)信號。結(jié)果表明:非線性聲學特征即調(diào)制頻譜及三階諧波可作為識別2024-t351鋁合金板材介質(zhì)中疲勞裂紋的判據(jù),通過對試樣表面進行掃描,建立調(diào)制頻譜的峰值幅度與位移的關(guān)系,據(jù)此可確定樣板中疲勞裂紋的位置和輪廓,這為航空鋁合金板材疲勞裂紋的識別提供更多技術(shù)支撐。

對凝固過程中流場、應(yīng)力場、溫度場及微觀組織形態(tài)進行數(shù)值模擬,能幫助工藝設(shè)計人員分析不同時刻凝固過程的溫度分布、金屬流態(tài)、結(jié)晶晶粒大小、應(yīng)力分布等重要物理參數(shù),從而預測疏松、偏析、夾雜及熱裂紋等缺陷。

對凝固過程中流場、應(yīng)力場、溫度場及微觀組織形態(tài)進行數(shù)值模擬,能幫助工藝設(shè)計人員分析不同時刻凝固過程的溫度分布、金屬流態(tài)、結(jié)晶晶粒大小、應(yīng)力分布等重要物理參數(shù),從而預測疏松、偏析、夾雜及熱裂紋等缺陷。

大多數(shù)鋁基合金都能夠成功地進行焊接,而不會發(fā)生裂紋的問題。但是,要獲得成功,使用合適的填充合金和采用經(jīng)過合理研發(fā)和試驗的正確工藝具有十分重要的意義。為了評估與發(fā)生開裂有關(guān)的潛在可能性,必須了解許多種不同的鋁合金及其不同的特性。掌握這些方面的先進知識,才有助于避免焊接裂紋的發(fā)生。

對于假想的用粘接而形成的兩種不同材質(zhì)的無限板,在兩種材質(zhì)的粘接面存在裂紋的情況下,根據(jù)其開口和滑移方向的變位量,england給出了計算沿著裂紋的應(yīng)力分布的基本形式.將eng-land的這些方程式擴展到同一材質(zhì)的無限板中,繼而對鋁合金材質(zhì)的有限板中的混合型裂紋,考慮了有限板的影響,導出了沿著裂紋的ⅰ型以及ⅱ型應(yīng)力σyy,σxy的計算式.并給出了基于應(yīng)力分布σyy,σxy的ⅰ型應(yīng)力擴大系數(shù)kⅰ及ⅱ型應(yīng)力擴大系數(shù)kⅱ的評價方程式.利用有限元法,對有限板中存在的理想的混合型裂紋,通過測得的開口和滑移方向的變位量驗證了上述的應(yīng)力分布及應(yīng)力擴大系數(shù)計算公式的有效性.

介紹了熔體雜質(zhì)主要種類和危害,分析了高強度鋁合金熔體凈化工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。指出,傳統(tǒng)的熔煉設(shè)備,通氣、過濾設(shè)備及工藝不能滿足航空航天對高強度鑄造鋁合金提出的高標準要求,而對一體爐、精煉劑、凈化設(shè)備及工藝等的研究是今后主要的發(fā)展方向。