鑄造鋁合金疲勞裂紋擴(kuò)展行為以及裂紋偏折

用降載法測(cè)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(kuò)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(kuò)展速率da/dn-δk表達(dá)式中,并按標(biāo)規(guī)定取疲勞裂紋擴(kuò)展速率(da/dn)=10-7mm/cycle時(shí)的δk值為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值δkth,分析了應(yīng)力比對(duì)裂紋擴(kuò)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(kuò)展門檻值δkth與疲勞裂紋擴(kuò)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(dá)式直接按定義da/dn值算,而無需進(jìn)行繁瑣的試驗(yàn)測(cè)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(xué)性能,使用這種材料對(duì)疲勞不擴(kuò)展裂紋進(jìn)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(jī)床鉆直徑為1mm的止裂孔。通過分析可得:疲勞不擴(kuò)展裂紋可以通過對(duì)試樣幾何尺寸的合理設(shè)置得到。在設(shè)計(jì)中可以在疲勞構(gòu)件容易萌生裂紋的部位預(yù)留出不擴(kuò)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(kuò)展風(fēng)險(xiǎn)。

進(jìn)行2024-t3鋁合金標(biāo)準(zhǔn)中心裂紋拉伸試件4種典型環(huán)境下的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn),以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過對(duì)一般環(huán)境下的裂紋擴(kuò)展模型進(jìn)行修正,建立腐蝕環(huán)境下的裂紋擴(kuò)展模型。對(duì)試驗(yàn)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(kuò)展階段的裂紋擴(kuò)展速率,能夠較準(zhǔn)確估算裂紋擴(kuò)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(duì)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(fù)雜環(huán)境下裂紋擴(kuò)展分析。該模型便于充分利用現(xiàn)有材料裂紋擴(kuò)展性能的數(shù)據(jù)。

進(jìn)行了多處損傷ly12cz鋁合金加筋板的疲勞裂紋擴(kuò)展的分析與試驗(yàn)研究。給出了典型的隨機(jī)載荷譜下鋁合金加筋板多裂紋擴(kuò)展的預(yù)計(jì)方法。用組合法和類比法計(jì)算多處損傷ly12cz鋁合金加筋板的應(yīng)力強(qiáng)度因子。考慮每個(gè)載荷循環(huán)裂紋之間的相互作用影響,以walker裂紋擴(kuò)展公式和willenborg-chang裂紋擴(kuò)展公式為基礎(chǔ),用循環(huán)續(xù)循環(huán)進(jìn)行裂紋累積,用虛擬施加剩余強(qiáng)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(jìn)行了恒幅譜載荷及程序塊譜載荷下加筋板多裂紋的擴(kuò)展試驗(yàn)研究。對(duì)比了鋁合金多裂紋擴(kuò)展的分析預(yù)計(jì)結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)比結(jié)果表明,預(yù)測(cè)的壽命與試驗(yàn)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(kuò)展規(guī)律對(duì)于保證機(jī)體結(jié)構(gòu)安全具有重要意義.設(shè)計(jì)了民機(jī)用鋁合金大寬板裂紋擴(kuò)展速率測(cè)試用試驗(yàn)件和夾具,進(jìn)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(kuò)展速率測(cè)試.討論了應(yīng)力強(qiáng)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(kuò)展速率表征參量的適用性.研究結(jié)果表明:中、高級(jí)應(yīng)力水平作用下,含長裂紋鋁合金大寬板裂紋進(jìn)入快速擴(kuò)展階段,裂紋擴(kuò)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(kuò)展后期,δδ~da/dn曲線在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)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(kuò)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(kuò)展行為僅僅用應(yīng)力強(qiáng)度因子分析無法得到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)?？紤]裂紋閉合效應(yīng)的存在,本工作對(duì)于這種裂紋的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了分析,研究了其幾何尺寸在裂紋擴(kuò)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(duì)于裂紋擴(kuò)展的幾何形狀變化的驗(yàn)證性試驗(yàn)的試驗(yàn)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(gè)重要參量,現(xiàn)有的測(cè)量方法存在測(cè)量時(shí)間長、成本高的問題。針對(duì)該問題,提出了利用高倍率的掃描電子顯微鏡通過對(duì)疲勞斷口進(jìn)行量化檢測(cè)獲得裂紋擴(kuò)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(cè)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(xué)特征不明顯并很難測(cè)量;然而當(dāng)鋁合金薄板中出現(xiàn)疲勞損傷時(shí),將產(chǎn)生明顯的非線性聲學(xué)特征,這對(duì)于識(shí)別鋁合金薄板中的疲勞損傷十分有利。推導(dǎo)超聲波在含有疲勞裂紋的固體金屬中傳播時(shí)非線性聲學(xué)特征方程。利用非接觸激光測(cè)振儀、任意波形發(fā)生器、數(shù)字示波器和計(jì)算機(jī)等組建鋁合金薄板疲勞裂紋試驗(yàn)系統(tǒng),并以含有疲勞裂紋的2024鋁合金薄板為研究對(duì)象,利用該系統(tǒng),在單頻超聲波即中心頻率為270khz激勵(lì)下,對(duì)超聲波在2024鋁合金薄板中傳播的非線性聲學(xué)特性進(jìn)行試驗(yàn)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(diǎn)的掃描結(jié)果,獲得時(shí)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(yù)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(kuò)展行為,用應(yīng)力強(qiáng)度因子表征了裂紋擴(kuò)展開始的門檻值.隨著裂紋的擴(kuò)展,裂紋擴(kuò)展速率由于裂紋面的滑移接觸而減小.通過外插裂紋擴(kuò)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(shí)無裂紋面滑移接觸影響的裂紋擴(kuò)展速率.施加的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍可分解為推動(dòng)裂紋擴(kuò)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(yù)測(cè)了疲勞裂紋的萌生和斷裂極限,預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值相當(dāng)一致.

da/dn-dk曲線及疲勞裂紋擴(kuò)展壽命——研究問題：含裂紋體的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律，　　疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)方法。　　研究思路--　　斷裂力學(xué)法-裂紋尖端的控制參量k-循環(huán)載荷作用下的裂紋擴(kuò)展速率

有機(jī)玻璃疲勞裂紋擴(kuò)展

在不同的應(yīng)力幅值下,測(cè)試了a356鑄造鋁合金的單軸疲勞壽命,對(duì)該合金的高周疲勞區(qū)、低周疲勞區(qū)以及過渡區(qū)進(jìn)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(diǎn)。對(duì)疲勞試樣的斷口進(jìn)行了掃描電鏡觀察,闡述了疲勞斷裂的特點(diǎn)。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(jī)鑄鐵缸蓋作為研究對(duì)象,運(yùn)用概率斷裂力學(xué)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(jì)算其熱疲勞裂紋擴(kuò)展速度,并擬合出加速熱疲勞裂紋擴(kuò)展系數(shù)與試驗(yàn)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?jǐn)?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(qiáng)度,能夠用來制造需要承受熱和機(jī)械載荷的結(jié)構(gòu)件,特別是壓力鑄造零部件,例如發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)航空鋁合金板材中的疲勞裂紋識(shí)別進(jìn)行研究;以兩個(gè)不同頻率的超聲蘭姆波為激勵(lì)信號(hào),依靠超聲換能器、波形發(fā)生器和激光測(cè)振儀等,對(duì)含有疲勞裂紋和無損傷的2024-t351鋁合金薄板試樣進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn);分別采用時(shí)域、頻域和時(shí)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(hào)。結(jié)果表明:非線性聲學(xué)特征即調(diào)制頻譜及三階諧波可作為識(shí)別2024-t351鋁合金板材介質(zhì)中疲勞裂紋的判據(jù),通過對(duì)試樣表面進(jìn)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(shí)別提供更多技術(shù)支撐。

對(duì)凝固過程中流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)及微觀組織形態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬,能幫助工藝設(shè)計(jì)人員分析不同時(shí)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(yù)測(cè)疏松、偏析、夾雜及熱裂紋等缺陷。

對(duì)凝固過程中流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)及微觀組織形態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬,能幫助工藝設(shè)計(jì)人員分析不同時(shí)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(yù)測(cè)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(jìn)行焊接,而不會(huì)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(yàn)的正確工藝具有十分重要的意義。為了評(píng)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(jìn)知識(shí),才有助于避免焊接裂紋的發(fā)生。

對(duì)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(jì)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(kuò)展到同一材質(zhì)的無限板中,繼而對(duì)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(dǎo)出了沿著裂紋的ⅰ型以及ⅱ型應(yīng)力σyy,σxy的計(jì)算式.并給出了基于應(yīng)力分布σyy,σxy的ⅰ型應(yīng)力擴(kuò)大系數(shù)kⅰ及ⅱ型應(yīng)力擴(kuò)大系數(shù)kⅱ的評(píng)價(jià)方程式.利用有限元法,對(duì)有限板中存在的理想的混合型裂紋,通過測(cè)得的開口和滑移方向的變位量驗(yàn)證了上述的應(yīng)力分布及應(yīng)力擴(kuò)大系數(shù)計(jì)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(qiáng)度鋁合金熔體凈化工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。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(duì)高強(qiáng)度鑄造鋁合金提出的高標(biāo)準(zhǔn)要求,而對(duì)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。