【摘要】：目的探討ZL702A鋁合金的微動損傷機(jī)理,尋找適合的微動疲勞壽命預(yù)估模型。方法以ZL702A鋁合金為研究對象,設(shè)計(jì)方足橋-試件微動模擬件進(jìn)行微動疲勞實(shí)驗(yàn),用4XC-PC金相顯微鏡觀察斷裂試件表面的磨損形貌,探討微動損傷機(jī)理。建立方足橋-試件有限元模型,編程計(jì)算剪應(yīng)變幅、法向正應(yīng)力、相對滑移距離等微動特征參數(shù),分別運(yùn)用FS、KBM、Mc Diarmid以及Ruiz參數(shù)預(yù)測ZL702A鋁合金微動疲勞壽命。結(jié)果疲勞裂紋主要在局部塑性區(qū)成核,剪切應(yīng)變可以加速裂紋核的形成,疲勞裂紋增長是裂紋尖端剪切帶不斷聚合的過程,裂紋面上的法向應(yīng)力/應(yīng)變使這種聚合加速。法向載荷保持不變,隨著最大軸向力的增大,微動損傷增大。4種微動疲勞壽命預(yù)估模型的結(jié)果表明,微動損傷在試件接觸區(qū)邊緣最大,容易萌生微動裂紋,與實(shí)驗(yàn)值一致。微動疲勞壽命預(yù)測結(jié)果表明,Ruiz參數(shù)預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差在2倍公差帶因子范圍內(nèi),最接近實(shí)驗(yàn)值。結(jié)論微動磨損區(qū)分為粘著區(qū)、混合區(qū)、滑移區(qū),在混合區(qū)邊界上最容易發(fā)生塑性變形,萌生微動疲勞裂紋,用Ruiz參數(shù)預(yù)測ZL702A鋁合金的微動疲勞壽命是可行的。
【圖文】：

。該試驗(yàn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軸向力與法向夾緊力的變幅與橫幅加載，在載荷輸入方面可以輸入正弦波、方波、三角波以及組合波載荷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并能自動存儲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)件是由試件和一對方足橋所組成的微動疲勞模擬件，試件使用ZL702A高強(qiáng)度鑄造鋁合金制成，并在光滑試件的基礎(chǔ)上銑削出一個長40mm、寬13mm的平面。其材料成分（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)）為：Al91%，Si7%，Cu1.55%，Mg0.41%，Mn0.22%[8]。其力學(xué)性能如表1所示。方足橋的材料選用合金鋼，用螺栓連接在微動疲勞試驗(yàn)機(jī)的夾具上，對稱地分布在試件兩端，方足橋的結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。表1ZL702A鋁合金的材料力學(xué)性能Tab.1MechanicalpropertiesofZL702Aaluminumalloy彈性模量/MPa泊松比屈服強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa689000.3178.6290~320圖1方足橋的結(jié)構(gòu)尺寸Fig.1Thestructuraldimensionofthesquarefootbridge1.2方法實(shí)驗(yàn)夾具如圖2所示。實(shí)驗(yàn)時，試件上端面被試驗(yàn)機(jī)的上夾頭夾緊，保持不動，擰緊左右兩個加載螺栓將方足橋壓緊在試件的左右平面上，通過位移傳感器控制法向夾緊力的大小，，并保持在2kN。試件下端面被試驗(yàn)機(jī)的下夾頭夾緊，通過電腦控制對試件施加循環(huán)載荷，循環(huán)載荷的最大軸向力分別設(shè)置為69、88、104、121、138、156MPa，進(jìn)行6組不同載荷下的實(shí)驗(yàn)。試件和方足橋在接觸表面上產(chǎn)生往復(fù)相對滑移，從而形成了微動。圖2微動疲勞實(shí)驗(yàn)夾具Fig.2Fixtureforfrettingfatiguetest

滑試件的基礎(chǔ)上銑削出一個長40mm、寬13mm的平面。其材料成分（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)）為：Al91%，Si7%，Cu1.55%，Mg0.41%，Mn0.22%[8]。其力學(xué)性能如表1所示。方足橋的材料選用合金鋼，用螺栓連接在微動疲勞試驗(yàn)機(jī)的夾具上，對稱地分布在試件兩端，方足橋的結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。表1ZL702A鋁合金的材料力學(xué)性能Tab.1MechanicalpropertiesofZL702Aaluminumalloy彈性模量/MPa泊松比屈服強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa689000.3178.6290~320圖1方足橋的結(jié)構(gòu)尺寸Fig.1Thestructuraldimensionofthesquarefootbridge1.2方法實(shí)驗(yàn)夾具如圖2所示。實(shí)驗(yàn)時，試件上端面被試驗(yàn)機(jī)的上夾頭夾緊，保持不動，擰緊左右兩個加載螺栓將方足橋壓緊在試件的左右平面上，通過位移傳感器控制法向夾緊力的大小，并保持在2kN。試件下端面被試驗(yàn)機(jī)的下夾頭夾緊，通過電腦控制對試件施加循環(huán)載荷，循環(huán)載荷的最大軸向力分別設(shè)置為69、88、104、121、138、156MPa，進(jìn)行6組不同載荷下的實(shí)驗(yàn)。試件和方足橋在接觸表面上產(chǎn)生往復(fù)相對滑移，從而形成了微動。圖2微動疲勞實(shí)驗(yàn)夾具Fig.2Fixtureforfrettingfatiguetest
【作者單位】： 中北大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院;
【分類號】：TG146.21

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