本文關(guān)鍵詞：基于紅外熱像法的AZ31B鎂合金及其焊接接頭的準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌度研究

  更多相關(guān)文章： AZ31B鎂合金 紅外熱像法 三點(diǎn)彎曲 斷裂韌度 電子束焊接 塑性區(qū) 能量耗散

【摘要】：鎂合金輕質(zhì)高強(qiáng)、性能優(yōu)異，作為結(jié)構(gòu)材料在工業(yè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)和廣闊的應(yīng)用前景。鎂合金為密排六方晶格結(jié)構(gòu)，僅有三個(gè)滑移系，韌性較低，應(yīng)力集中較高的情況下易發(fā)生脆性斷裂，容易導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用中災(zāi)難性事故發(fā)生。斷裂韌度是評(píng)價(jià)材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力的一個(gè)基本指標(biāo)，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、可靠性和安全性評(píng)價(jià)中具有重要參考價(jià)值。同時(shí)，焊接技術(shù)的快速發(fā)展拓寬了金屬材料的應(yīng)用范圍。因此，進(jìn)行鎂合金及其焊接接頭斷裂失效方面的相關(guān)研究可以為擴(kuò)展其應(yīng)用提供必要的理論基礎(chǔ)。 本文利用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)AZ31B鎂合金及其電子束焊接接頭開(kāi)展了三點(diǎn)彎曲平面應(yīng)變斷裂韌度試驗(yàn)，比較了母材和接頭的抵抗裂紋擴(kuò)展的能力；試驗(yàn)過(guò)程中，采用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)記錄了試樣表面的溫度演化，研究了AZ31B鎂合金在準(zhǔn)靜態(tài)斷裂過(guò)程中裂紋尖端的能量耗散。同時(shí)研究了材料擠壓方向、試樣尺寸、加載速率以及裂紋預(yù)制方式等因素對(duì)AZ31B鎂合金斷裂韌度的影響，并對(duì)斷口形貌及斷裂機(jī)理進(jìn)行了分析。 結(jié)果表明，缺口方向垂直于和平行于擠壓方向的20mm厚AZ31B鎂合金板材的斷裂韌度分別為15.33~16.07MPa·m1/2和14.52~16.80MPa·m1/2，20mm厚AZ31B鎂合金電子束焊焊接接頭的斷裂韌度為11.04~12.29MPa·m1/2。可以發(fā)現(xiàn)，擠壓方向?qū)?0mm厚AZ31B鎂合金母材斷裂韌度的影響并不明顯，接頭的斷裂韌度明顯低于母材，在相同條件下，AZ31B母材對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻力更大。 紅外熱像儀監(jiān)測(cè)記錄的結(jié)果表明，AZ31B鎂合金斷裂過(guò)程中裂紋尖端附近區(qū)域的溫度演化分為三個(gè)階段：初始穩(wěn)定階段、溫度升高階段和最終穩(wěn)定階段。溫度演化是熱彈性效應(yīng)、裂紋尖端塑性耗散和熱傳遞的綜合作用，溫度升高的熱量來(lái)自于裂紋擴(kuò)展過(guò)程中尖端塑性區(qū)的能量耗散。溫度演化第二階段的起始點(diǎn)接近于裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)提出了估算AZ31B鎂合金斷裂韌度的紅外熱像法。由紅外熱像法估算的缺口方向垂直于擠壓方向AZ31B鎂合金的斷裂韌度為16.37~17.11MPa·m1/2，，與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法的相對(duì)誤差小于8.50%。材料的斷裂韌度和溫度變化大小有很大關(guān)系，斷裂韌度越大，最終溫度越高。 10mm厚疲勞預(yù)裂紋AZ31B鎂合金板材非標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣在5mm/min的加載速率條件下的斷裂韌度KC在12.35~13.06MPa·m1/2之間，平均值為12.71MPa·m1/2，低于20mm厚AZ31B鎂合金板材的斷裂韌度。10mm厚疲勞預(yù)裂紋AZ31B鎂合金板材非標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣在1mm/min的加載速率條件下的斷裂韌度KC為10.86MPa·m1/2，低于同樣條件下加載速率5mm/min試樣的斷裂韌度。10mm厚線(xiàn)切割加工預(yù)裂紋AZ31B鎂合金板材非標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣在1mm/min的加載速率條件下的斷裂韌度KC在11.49~13.62MPa·m1/2之間，平均值為12.56MPa·m1/2，達(dá)到同等條件下疲勞試驗(yàn)機(jī)預(yù)制裂紋試樣斷裂韌度的116%。 斷裂韌度試驗(yàn)結(jié)束后，試樣表面裂紋附近會(huì)產(chǎn)生一定程度的塑性變形。AZ31B鎂合金準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌度試驗(yàn)中斷裂方式為韌脆混合斷裂，斷裂韌度不同，脆性斷裂特征所占比例不同，斷裂韌度越小，脆斷特征越明顯。
【關(guān)鍵詞】：AZ31B鎂合金 紅外熱像法 三點(diǎn)彎曲 斷裂韌度 電子束焊接 塑性區(qū) 能量耗散
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG407
【目錄】：

• 摘要3-5
• abstract5-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 選題背景及意義11-12
• 1.2 斷裂韌度概述12-18
• 1.2.1 斷裂力學(xué)的發(fā)展12-13
• 1.2.2 平面應(yīng)變斷裂韌度13-14
• 1.2.3 斷裂韌度的影響因素14-16
• 1.2.4 裂紋尖端塑性區(qū)16-18
• 1.3 鎂合金斷裂韌度研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用于斷裂行為中的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4.1 紅外測(cè)溫原理19-20
• 1.4.2 紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用于斷裂行為中的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線(xiàn)21-23
• 1.5.1 研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.5.2 技術(shù)路線(xiàn)22-23
• 第二章 試驗(yàn)材料及方法23-33
• 2.1 引言23
• 2.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)備23-27
• 2.2.1 試驗(yàn)材料23
• 2.2.2 試驗(yàn)設(shè)備23-25
• 2.2.3 焊接工藝25-26
• 2.2.4 試樣制備26-27
• 2.3 試驗(yàn)過(guò)程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法27-33
• 2.3.1 預(yù)制裂紋27-28
• 2.3.2 平面應(yīng)變斷裂韌度三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)28
• 2.3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法28-33
• 第三章 AZ31B鎂合金及其電子束焊接頭平面應(yīng)變斷裂韌度33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 缺口方向垂直于擠壓方向的 AZ31B 鎂合金斷裂韌度33-37
• 3.2.1 P-V 曲線(xiàn)及斷裂韌度結(jié)果33-34
• 3.2.2 斷口分析與斷裂機(jī)理34-37
• 3.3 缺口方向平行于擠壓方向的 AZ31B 鎂合金斷裂韌度37-40
• 3.3.1 P-V 曲線(xiàn)及斷裂韌度結(jié)果37-39
• 3.3.2 斷口分析與斷裂機(jī)理39-40
• 3.4 AZ31B 鎂合金電子束焊接接頭斷裂韌度40-45
• 3.4.1 AZ31B 鎂合金電子束焊接接頭組織及力學(xué)性能40-42
• 3.4.2 P-V 曲線(xiàn)及斷裂韌度結(jié)果42-43
• 3.4.3 斷口分析與斷裂機(jī)理43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-47
• 第四章 AZ31B鎂合金準(zhǔn)靜態(tài)斷裂過(guò)程中的溫度演化47-55
• 4.1 引言47
• 4.2 斷裂過(guò)程溫度演化分析47-52
• 4.2.1 溫度分析區(qū)域的選擇47-48
• 4.2.2 溫度演化分析48-51
• 4.2.3 紅外熱像法51-52
• 4.3 本章小結(jié)52-55
• 第五章 試驗(yàn)條件對(duì) AZ31B鎂合金斷裂韌度的影響55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 試樣尺寸對(duì) AZ31B 鎂合金斷裂韌度的影響55-57
• 5.2.1 10 mm 厚疲勞預(yù)裂紋 AZ31B 鎂合金斷裂韌度55-56
• 5.2.2 斷口分析與斷裂機(jī)理56-57
• 5.3 加載速率對(duì) AZ31B 鎂合金斷裂韌度的影響57-59
• 5.3.1 不同加載速率 10 mm 厚疲勞預(yù)裂紋 AZ31B 鎂合金斷裂韌度57-58
• 5.3.2 斷口分析與斷裂機(jī)理58-59
• 5.4 裂紋預(yù)制方式對(duì) AZ31B 鎂合金斷裂韌度的影響59-61
• 5.4.1 10 mm 厚線(xiàn)切割預(yù)裂紋 AZ31B 鎂合金斷裂韌度59-60
• 5.4.2 斷口分析與斷裂機(jī)理60-61
• 5.5 本章小結(jié)61-63
• 第六章 結(jié)論63-65
• 6.1 結(jié)論63-64
• 6.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 致謝71-73
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況73

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

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3 張新明;錢(qián)晨;唐建國(guó);仲瑩瑩;;初始織構(gòu)對(duì)AZ31鎂合金中溫塑性變形的影響[J];熱加工工藝;2014年02期

4 李云紅;孫曉剛;楊幸芳;許冰海;;紅外熱像儀測(cè)溫精度的理論分析[J];西安工程科技學(xué)院學(xué)報(bào);2007年05期

5 張俊彥，張淳源;裂紋擴(kuò)展條件及其溫度場(chǎng)研究[J];湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);1996年01期

6 溫彤;劉詩(shī)堯;陳世;劉瀾濤;楊臣;;高頻振動(dòng)對(duì)AZ31鎂合金TIG焊接接頭微觀組織與力學(xué)性能的影響（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年02期

本文編號(hào)：1027194