【摘要】：在現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)當(dāng)中汽車(chē)的輕量化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了提高汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的重要手段。鑄鋁合金擁有較高的強(qiáng)重比和優(yōu)良的導(dǎo)熱以及抗腐蝕性能使其成為代替汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)鑄鐵部件的主要材料。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件如缸蓋、連桿、活塞等在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)需要經(jīng)受超過(guò)108次交變載荷的作用,所以對(duì)材料在超高周次循環(huán)下疲勞行為的研究變得越來(lái)越重要。然而傳統(tǒng)的材料疲勞試驗(yàn)受加載頻率的限制常常局限于107次交變載荷之內(nèi),因此傳統(tǒng)的材料疲勞試驗(yàn)方法不能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)部件對(duì)耐久性的設(shè)計(jì)要求。超聲疲勞試驗(yàn)方法利用壓電效應(yīng)將20kHz電信號(hào)轉(zhuǎn)化為相同頻率的機(jī)械信號(hào)激勵(lì)試驗(yàn)件達(dá)到共振狀態(tài)(20kHz),試驗(yàn)頻率的增加極大的降低了疲勞試驗(yàn)所需要的時(shí)間,便捷了人們對(duì)材料在超高周次循環(huán)下疲勞行為的研究。然而對(duì)比鑄鋁合金材料的超聲疲勞試驗(yàn)壽命和常規(guī)疲勞試驗(yàn)壽命發(fā)現(xiàn),鑄鋁合金材料的超聲疲勞試驗(yàn)壽命往往高于其常規(guī)疲勞試驗(yàn)壽命。目前很多學(xué)者將這種疲勞壽命的差異歸咎為試驗(yàn)環(huán)境濕度的影響:由于超聲疲勞試驗(yàn)的頻率遠(yuǎn)高于常規(guī)疲勞試驗(yàn)的頻率,因此超聲疲勞裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中的張開(kāi)的時(shí)間遠(yuǎn)小于常規(guī)疲勞裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中的張開(kāi)時(shí)間,所以環(huán)境濕度對(duì)于超聲疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響遠(yuǎn)小于環(huán)境濕度對(duì)于常規(guī)疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響,導(dǎo)致鑄鋁合金的超聲疲勞壽命高于其常規(guī)疲勞壽命。本文針對(duì)Al-Si系列鑄鋁合金,開(kāi)展了不同環(huán)境濕度下的超聲疲勞壽命試驗(yàn)、常規(guī)疲勞壽命試驗(yàn)研究,不同環(huán)境濕度下的超聲疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)以及鑄鋁合金超聲疲勞壽命對(duì)于環(huán)境濕度敏感性的控制因素研究。本文的主要工作和結(jié)論總結(jié)如下:(1)開(kāi)展了環(huán)境濕度對(duì)于鑄鋁合金超聲疲勞壽命的影響研究。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)環(huán)境濕度能夠顯著的降低鑄鋁合金AS7GU-T64和A356-T6的超聲疲勞壽命,同時(shí)在這兩種材料的超聲疲勞斷口中發(fā)現(xiàn)了大量的疲勞“平臺(tái)”。利用OM、SEM和EBSD等分析檢測(cè)手段對(duì)超聲疲勞和常規(guī)疲勞斷口特征進(jìn)行了分析,首次系統(tǒng)性的闡述了鑄鋁合金疲勞斷口中疲勞“平臺(tái)”的形成機(jī)理。由于試驗(yàn)件的鑄造缺陷含量非常低,在循環(huán)載荷的作用下初始裂紋通常會(huì)在試驗(yàn)件表面通過(guò)駐留滑移帶(PSBs)的累積產(chǎn)生。初始萌生的裂紋擴(kuò)展速率非常緩慢,當(dāng)裂紋尖端塑性區(qū)內(nèi)晶�；泼娴姆较蚺c載荷方向成450(剪切應(yīng)力最大)時(shí),晶�；泼鎯�(nèi)的塑性變形在循環(huán)載荷的作用下會(huì)迅速累積。當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展至晶粒時(shí),裂紋會(huì)沿著滑移面擴(kuò)展從而穿過(guò)整個(gè)晶粒形成疲勞“平臺(tái)”。(2)搭建了基于Labview軟件的信號(hào)采集平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了超聲疲勞反饋信號(hào)的高精度采集和超聲非線性參數(shù)relβ的精確計(jì)算,同時(shí)提出了一種采用超聲非線性參數(shù)relβ監(jiān)測(cè)材料超聲疲勞裂紋萌生壽命和裂紋擴(kuò)展壽命的方法。該方法通過(guò)超聲非線性參數(shù)relβ與超聲疲勞壽命的變化關(guān)系,當(dāng)relβ的變化斜率大于某一臨界值時(shí),超聲疲勞裂紋開(kāi)始失穩(wěn)擴(kuò)展。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)超聲非線性參數(shù)relβ對(duì)于疲勞損傷的敏感性遠(yuǎn)高于固有頻率。最后通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)環(huán)境濕度不僅降低了鑄鋁合金A356-T6的超聲疲勞裂紋擴(kuò)展壽命,而且減少了其超聲疲勞裂紋萌生壽命。(3)開(kāi)展了環(huán)境濕度對(duì)于鑄鋁合金超聲疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響研究。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)環(huán)境濕度能夠加快鑄鋁合金A356-T6的超聲疲勞裂紋擴(kuò)展速率,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)峰值時(shí)效(T6)熱處理狀態(tài)的鑄鋁合金對(duì)于環(huán)境濕度的敏感性要小于過(guò)時(shí)效(T7)熱處理狀態(tài)的鑄鋁合金。因此對(duì)僅考慮過(guò)時(shí)效熱處理鑄鋁合金材料在濕度環(huán)境中裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測(cè)的Wei模型進(jìn)行了修正,取水蒸氣壓力P與試驗(yàn)頻率f比值的平方根,減小濕度的影響,首次得到了峰值時(shí)效熱處理后的鑄鋁合金裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測(cè)模型。通過(guò)50%濕度環(huán)境下鑄鋁合金A356-T6超聲疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明,本文改進(jìn)發(fā)展后的模型比Wei建立的模型的預(yù)測(cè)結(jié)果更好,與試驗(yàn)結(jié)果的吻合度更高。(4)研究了鑄鋁合金超聲疲勞壽命對(duì)于環(huán)境濕度敏感性的控制因素。通過(guò)分析七種鑄鋁合金疲勞數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)不同的鑄鋁合金的超聲疲勞壽命對(duì)于環(huán)境濕度的敏感性不一樣,其中峰值時(shí)效熱處理后的鑄鋁合金的超聲疲勞壽命受環(huán)境濕度的影響最大,而欠時(shí)效和過(guò)時(shí)效熱處理后的鑄鋁合金的超聲疲勞壽命受環(huán)境濕度影響最小。在Cu元素含量相同的情況下,材料的屈服強(qiáng)度是鑄鋁合金超聲疲勞壽命對(duì)于環(huán)境濕度敏感性的控制因素。
[Abstract]:In this paper , the influence of environmental humidity on the fatigue behavior of cast aluminum alloy is studied by using piezoelectric effect . The fatigue life of cast aluminum alloy is much less than that of conventional fatigue test . ( 4 ) The influence of ultrasonic fatigue life of cast aluminum alloy on environmental humidity sensitivity was studied . By analyzing the fatigue data of seven kinds of cast aluminum alloys , it was found that the ultrasonic fatigue life of different cast aluminum alloys was not the same as that of ambient humidity . The ultrasonic fatigue life of cast aluminum alloy after peak aging heat treatment was most affected by ambient humidity .
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.21

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8 田，

本文編號(hào)：2131864