5A06铝合金及其焊接接头的疲劳断裂行为

对5A06防锈铝合金及其焊接接头疲劳性能断裂行为进行研究,采用疲劳试验、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对5A06铝合金的疲劳性能、金相组织、裂纹扩展特征和疲劳断口进行分析。结果表明:在循环次数为2×106时,铝合金母材、对接接头、横向十字、侧面连接和纵向十字接头的疲劳性能分别为99.97、70.96、57.48、48.20和41.80 MPa;铝合金母材疲劳裂纹起裂于截面最小部位,对接接头和横向十字接头裂纹起裂于焊趾等应力集中部位,裂纹沿着热影响区扩展;侧面连接接头裂纹起裂于两板连接处应力集中部位,纵向十字接头裂纹起裂于热影响区;微观裂纹为沿晶和穿晶混合的扩展特征。对母材及其焊接接头的宏观断口呈暗灰色纤维状,具有一定的塑性;接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在球状孔洞、疲劳条纹和韧窝,并存在二次裂纹。     

高速列车用A6N01铝合金疲劳裂纹研究

通过疲劳试验研究了高速列车用A6N01铝合金疲劳裂纹的扩展。采用光学显微镜和扫描电镜分析了该铝合金的断口形貌和组织。结果表明,A6N01铝合金裂纹萌生于合金中的杂质和气孔处,裂纹扩展区存在疲劳裂纹,瞬断区具有较好的韧性。但合金的强度较低,疲劳试验时易断裂。     

压铸镁合金AZ91D高周疲劳性能研究

研究了压铸镁合金AZ91D在应力比R=0．1条件下的高周疲劳性能。结果表明：AZ91D压铸镁合金的室温条件疲劳强度在应力比R=0．1时大约相当于其抗拉强度的44％；AZ91D合金内部的一些缺陷如夹杂等，容易引起应力集中，从而导致裂纹的萌生；AZ91D合金的疲劳断口可以观察到3个典型区域：疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区。疲劳裂纹扩展区的疲劳裂纹不明显，疲劳断口呈现出准解理断口的形貌。     

7A09超高强铝合金表面强化实验研究

利用气动式喷丸机对7A09超高强铝合金试样进行喷丸强化,对喷丸强化前后试样小孔两侧残余应力分布进行测试,探讨了喷丸时间对7A09铝合金疲劳寿命的影响,分析机械喷丸强化前后铝合金试样疲劳断口。结果表明,机械喷丸强化后,7A09超高强铝合金表层分布高幅值残余压应力,表层残余压应力分布显著地降低了疲劳裂纹扩展速率,疲劳寿命明显提高;通过扫描疲劳断口,发现未处理试样的疲劳裂纹源位于孔壁上表面的尖角处,而机械喷丸强化试样的裂纹源逐渐转移到强化层以内,在最终断裂区内分布大量韧窝,且韧窝形态随喷丸时间的延长而增大,并且韧窝尺寸更深,说明机械喷丸改善了最终断裂区的塑性。     

2A12铝合金动态腐蚀-疲劳耦合失效机理研究

目的 针对某飞机吊挂结构用2A12铝合金开展预腐蚀后的动态腐蚀-疲劳耦合试验,很快发生断裂行为,寻找失效原因并提出解决措施.方法 利用自制的卧式动态腐蚀-疲劳试验装置,开展2A12铝合金预腐蚀后的腐蚀-疲劳协同试验直至样品断裂.同时,对比开展2A12铝合金腐蚀与疲劳交替试验,分析断口腐蚀形貌、元素含量、价态变化,获得2A12铝合金在两种试验方法下的腐蚀疲劳机理.结果 2A12铝合金主要由铝基体以及弥散分布其中的多种合金强化相组成.当有预裂纹时,2A12铝合金在腐蚀与疲劳交替作用下,很快发生疲劳断裂,且裂纹几乎贯穿整个断面,在整个裂纹附近存在较多的腐蚀产物Al2O3.2A12铝合金在预腐蚀后,基体与其表面的氧化膜之间形成腐蚀电池,初期的点蚀孔快速发展成明显腐蚀坑并产生大量腐蚀产物Al2O3,腐蚀坑底部由于应力集中现象而成为裂纹源,在动态腐蚀-疲劳耦合作用下快速萌生裂纹并呈放射状扩展,很快发生疲劳断裂行为,同时裂纹扩展区无腐蚀产物.结论 2A12铝合金用作飞机吊挂结构件时,必须进行表面防腐处理,避免形成腐蚀坑,减缓吊挂结构发生腐蚀-疲劳断裂进程.     

缺口对TC17钛合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响

研究了不同缺口(缺口应力集中系数)对TC17钛合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响。结果表明,缺口试样抗拉强度随着缺口应力集中系数的增大而提高,伸长率随着缺口应力集中系数的增大而减小;低周疲劳寿命随缺口应力集中系数的增加而降低,当应力集中系数大于1.92时,疲劳寿命急剧下降。断口分析表明,试样拉伸断口由正应力拉断区和剪切断裂区两个典型区域构成。正应力拉断区为穿晶和沿晶相混合的断裂,剪切断裂区为穿晶断裂,断口上均为韧窝形貌。低周疲劳断口由疲劳断裂区、正应力拉断区和剪切断裂区三个典型区域构成。疲劳断裂区比较平坦,有明显的疲劳条带和平行的二次裂纹;低周疲劳断口的正应力拉断区和剪切断裂区的形貌特征与拉伸断口类似。     

高强铝合金在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下的腐蚀损伤行为对比研究

目的 对比研究2024和7A52高强铝合金在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下的腐蚀损伤特性,并揭示其失效机理。方法 以实际海洋大气环境作为高强铝合金的薄液膜腐蚀环境,同时采用自主研发的疲劳载荷试验装置对暴露在海洋大气环境中的试样施加拉伸疲劳载荷,从电化学性能、腐蚀形貌、疲劳性能及断口形貌等方面对比分析协同效应下2种高强铝合金的腐蚀损伤规律。结果 在协同效应下,2024铝合金的腐蚀速率随着暴露时间的延长不断减小,腐蚀类型为剥蚀,最大腐蚀深度为236.4 μm。7A52铝合金的腐蚀速率随着暴露时间的延长呈现波动趋势,腐蚀类型为点蚀和晶间腐蚀,最大腐蚀深度为20.5 μm。2024铝合金相较于7A52铝合金更早出现腐蚀疲劳断裂,且2种合金的断口均呈现疲劳断裂特征,裂纹始于合金表面,在Cl⁻等腐蚀介质及拉伸疲劳载荷的协同作用下,裂纹不断向合金基体内部扩展,最终发生腐蚀疲劳断裂。结论 在协同效应下,2024铝合金的腐蚀速率及腐蚀损伤程度显著大于7A52铝合金,导致前者的抗疲劳性能弱于后者。     

微观组织对2E12铝合金疲劳裂纹扩展的影响

研究室温大气环境下2E12铝合金微观组织与疲劳裂纹扩展行为之间的关系,并分别利用光学显微镜、透射电镜和扫描电镜对合金的微观组织及疲劳断口进行分析。结果表明:合金的疲劳裂纹扩展速率与合金中微米级第二相粒子的体积分数成正比,且随着亚微米级第二相粒子尺寸的增加及晶粒尺寸的减小,合金的疲劳裂纹扩展速率明显降低,尤其是在Pairs区及以后,其值降低30%;在低速扩展区,合金断口呈现脆性的准解理断裂特征,在中速扩展区,合金出现清晰的疲劳条纹。     

大角度激光填丝双面焊碳钢车体结构T形接头疲劳性能分析北大核心

针对2.5 mm和3 mm的碳钢材料的T形接头熔透焊接,采用ER50-G焊丝作为填充金属,对优化工艺参数焊接的T形接头的疲劳性能进行试验,对断口的宏观及微观断裂特征进行了分析。结果表明:指定寿命为1×10~7次循环下,激光填丝焊T形接头的中值疲劳极限σ_(0.1)为222.5 MPa;疲劳试件均断裂于焊趾部位,主要是由于该处存在较大的应力集中;断裂试件疲劳裂纹的启裂区和启裂扩展区具有典型的疲劳断裂特征,疲劳条带清晰,扩展区的大小随疲劳循环次数的增加而增大,瞬断区断口形貌均为大小不一的浅韧窝。研究结果可为激光填丝焊的车体结构工程化应用提供数据支持。     

6156-T62铝合金的高周疲劳性能研究

研究了不同取样方向和应力集中系数(Kt)条件下6156铝合金的高周疲劳性能,并利用金相、透射和扫描电镜对合金的显微组织及断口进行了观察。结果表明,在同一应力水平条件下,取样方向对光滑试样和缺口试样的疲劳寿命影响甚微。光滑试样(Kt=1)的疲劳寿命大于缺口试样(Kt=3)的疲劳寿命,表明此合金有明显的缺口效应。第二相粒子在疲劳裂纹萌生过程中起关键作用,绝大部分裂纹都是在表面粗大粒子上或粒子/基体界面上萌生。     

Al-Mg-Si-Cu合金时效状态对疲劳过程及断裂特征的影响

采用疲劳测试、拉伸试验、金相显微电镜、扫描电镜和透射电镜技术研究不同时效处理状态的Al-Mg-Si-Cu合金在循环载荷作用过程中力学性能的演变和疲劳断口特征。结果表明:过时效合金的疲劳寿命最长,峰值时效合金的疲劳寿命最短;欠时效和峰值时效合金的屈服强度在疲劳过程中出现下降,且欠时效合金表现得尤为显著,欠时效合金的伸长率随循环次数的增加而增加;过时效合金的强度在疲劳过程中得到提高,而伸长率在疲劳寿命后期出现大幅下降。疲劳裂纹在样品表面萌生后倾向于沿晶界增殖并形成裂纹源区,过时效合金在射线状裂纹增殖区与瞬断区之间还出现了沿晶扩展区。     

DD6单晶高温合金低周疲劳断裂特征的研究

对DD6单晶高温合金在高温低周(980℃、760℃)及疲劳/蠕变交互作用的断裂特征进行了研究。结果表明:DD6单晶高温合金高温低周疲劳断口往往呈多源开裂特征,裂纹萌生于试样的表面或亚表面,疲劳裂纹在刚萌生时沿着一定的小平面进行扩展,扩展区主要由垂直于裂纹扩展方向的疲劳条带和河流花样组成,瞬断区为类解理台阶形貌,裂纹扩展初期断口基本与主应力方向垂直,随着疲劳裂纹的扩展,断口呈现与主应力约成45°的平面特征;低周疲劳/蠕变交互作用的断裂特征与相同应变条件下低周疲劳断口总体形貌相似,但也一些不同之处,如断口整体氧化严重、疲劳扩展区面积明显减小。     

2219铝合金在不同加载应力下的疲劳断裂机制

试验研究了疲劳极限附近(240 MPa)和高应力(360 MPa)下2219铝合金疲劳断口形貌特征,揭示了两种不同加载应力下该合金疲劳裂纹萌生和扩展规律。结果表明,在宏观上,高应力下的疲劳断口呈"V"字形,而在疲劳极限附近则形成唇形平直断口。微观上,在疲劳极限附近发生疲劳断裂时,裂纹主要萌生于θ相(Al_2Cu)处,而随着应力增加,裂纹除了可于θ相(Al_2Cu)处萌生,还可于铁锰相和空洞处萌生,呈现从单一疲劳源向多源化转变趋势,且疲劳源离表面的距离和源区面积均随应力增大而减小。在裂纹扩展过程中,疲劳条带宽度随应力增大而增大,且不同类型的第二相粒子对裂纹扩展的阻碍作用也不同,在该合金中,铁锰相对裂纹扩展的阻碍作用明显高于θ相(Al_2Cu)的。     

铸造铝合金A356．0细节疲劳性能的研究

细节疲劳强度额定值DFR是结构本身固有的疲劳性能特征值,其在民用飞机疲劳寿命设计和耐久性分析中应用广泛.按HB7110-94金属材料细节疲劳额定强度截止值(DFRcutoff)试验方法对A356.0-T6合金的细节疲劳性能进行研究,根据实验结果计算出DFRcutoff=139 MPa.通过进一步对断口进行扫描电镜观察发现,断口没有明显的疲劳特征,有小解理面和二次裂纹,是明显的脆性断口特征,此外断口还发现有树枝晶,以及气孔、夹杂、疏松等宏观铸造缺陷,铸造质量较差是影响A356.0合金疲劳性能的关键因素.     

MICROMORPHOLOGY OF NEAR-THRESHOLD FATIGUE FRACTURE SURFACES

本文研究了LD10铝合金和Ti-6Al-4V合金近门槛值疲劳裂纹扩展的断口形貌。SEM观察表明:两种合金的近门槛值区域(1×10~(-7)-1×10~(-5)mm/cycle)的微观断口形貌均为循环解理刻面;在LD10铝合金中循环解理刻面多数呈锯齿型或梯田状,而在Ti-6Al-4V合金中主要为孤岛状循环解理刻面。 本文在实验观察的基础上,进一步阐明了近门槛值疲劳裂纹扩展机理。     

激光选区熔化生物医用Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为

分析了SLM Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为及相应的微观组织和断口形貌,设置与SLM试样化学成分相同的轧制态Ti-6Al-4V合金进行对比研究.采用X射线衍射(XRD)、结合电子背散射衍射(EBSD)的扫描电子显微镜(SEM)对合金的微观组织进行分析.结果表明,三点弯曲疲劳裂纹起始于准解理断裂表面附近的应力集中,随后向内扩展.SLM成形Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳寿命高于轧制成形Ti-6Al-4V合金,SLM Ti-6Al-4V合金内部孔洞缺陷导致表面附近应力集中,促进疲劳裂纹形核;而SLM Ti-6Al-4V合金中随机取向的α+β晶粒、二次裂纹和孔洞延缓了裂纹扩展,提高了疲劳寿命.对于轧制态Ti-6Al-4V合金,由大量近似取向α晶粒组成的宏观区引起应力集中,形成微裂纹,导致疲劳裂纹形核,而且宏观区对裂纹扩展的阻碍作用较小,不利于材料的疲劳寿命.     

5A06铝合金焊接接头的疲劳性能

本文在室温大气环境下,对5A06铝合金焊接接头进行了对称载荷疲劳试验,并采用扫描电镜对疲劳断口形貌进行了观察与分析,研究了5A06铝合金焊接接头疲劳性能.试验结果表明其疲劳条带为延性疲劳条带;断口微观形貌均呈韧性穿晶型断口特征.5A06铝合金焊接接头具有较好的塑性,但是接头内部的夹杂相受低温的影响而脆性增大.     

应力集中对A7N01铝合金焊接接头疲劳性能的影响

采用脉冲MIG焊的方式制备了A7N01铝合金焊接接头,接头类型分别为对接、十字接、搭接等三种型式。采用A NSYS有限元仿真模拟不同类型接头的应力集中系数。研究不同类型接头疲劳S-N曲线,并分析断口微观形貌。结果表明:对接、十字接、搭接三种接头具有不同的应力集中系数,搭接接头具有最高的应力集中系数,十字接头次之,对接接头最低。随着应力集中系数的增大,三种接头的疲劳极限降低,并且在同样的加载应力下,疲劳循环周次也随着应力集中系数的增大而降低,但接头的微观断裂机理基本一致,都是在焊趾处为疲劳裂纹起源。证明应力集中不会影响A7N01铝合金焊接接头的断裂机理,由于高的应力存在,疲劳极限显著降低,因此在进行接头设计时,要考虑应力集中的影响。     

7075铝合金FSW接头腐蚀疲劳性能及断裂特征

以7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,对其显微组织结构、3.5% NaCl(质量分数)溶液腐蚀疲劳寿命和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳性能及断裂过程.结果表明,7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳S-N曲线方程为lgN=5.845-0.014S,随着应力幅增大,腐蚀疲劳寿命大幅度降低;腐蚀疲劳裂纹起源于接头的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头的焊核区.腐蚀疲劳断口存在多个裂纹源,且受到应力集中作用的影响,裂纹源萌生于腐蚀坑处.高应力作用加剧了试样边角部分的腐蚀损伤,导致边角比平面位置腐蚀程度更严重.裂纹扩展区出现了明显的晶间断裂和疲劳辉纹;在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下,裂纹扩展区腐蚀程度最重,晶界处产生了阳极溶解现象并产生了“冰糖块状”和“蚁巢状”的形貌特征;瞬断区产生了大量解理台阶和二次裂纹,为脆性断裂,在第二相粒子分布区域存在孔洞形貌特征.     

ZL101A合金低温疲劳性能和断裂行为研究

研究了ZL101A合金的低温拉伸性能和低温疲劳性能,对断口形貌进行了观察,分析了疲劳断裂的微观机制。结果表明:服役温度对合金疲劳寿命及断裂机制有显著的影响。随着服役温度的降低,合金疲劳寿命提高。室温条件下断口主要以穿晶断裂为主,同时伴随局部沿晶断裂特征,而-40℃条件下合金断裂行为表现出较强的晶体学裂纹特征。与室温相比,合金在低温下的疲劳断口瞬断区面积增大,粗糙度有所升高。而相同温度下,合金随着应变幅的增加,合金低温疲劳的断口粗糙度有所降低。