發(fā)布時間：2017-11-03 22:11

  本文關鍵詞：鎂合金AZ21在復雜載荷和腐蝕環(huán)境下的疲勞性能研究

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【摘要】：鎂合金因其密排六方(hcp)結構,不同加載方向下的力學性能與疲勞性能的差異很大。實際應用中,鎂合金作為結構件承受多軸復雜載荷,其失效形式多為多軸疲勞失效。此外,腐蝕環(huán)境會極大影響鎂合金的疲勞性能,降低其服役壽命。本文擬在應力控制條件下對鎂合金開展多軸疲勞性能研究,揭示加載路徑和腐蝕環(huán)境對材料力學性能與疲勞性能的影響。在此基礎上,選取適宜的多軸疲勞壽命判據對材料在復雜載荷和腐蝕環(huán)境下的壽命進行合理預測。本文所得鎂合金的多軸腐蝕疲勞壽命曲線對鎂合金的實際應用具有重要的參考與指導意義。本文對鎂合金AZ21在空氣中和PBS腐蝕環(huán)境中分別進行了單軸拉壓、純扭轉及多軸路徑下的循環(huán)力學性能研究,主要有以下發(fā)現(xiàn):1)不同加載路徑下的變形主導機制有所不同:單軸拉壓路徑下,壓縮方向發(fā)生“拉伸孿生”導致材料的屈服強度在壓縮方向遠小于拉伸方向;純扭轉路徑下,AZ21的剪切應力應變滯環(huán)仍保持對稱,說明滑移是剪切非彈性變形的主導機制;在多軸非比例加載路徑下,加載過程中應力主軸始終旋轉,導致孿生-退孿生成為影響變形的主要機制;2)在多軸比例與非比例載荷路徑下,AZ21發(fā)生顯著的循環(huán)強化效應,循環(huán)應變幅在循環(huán)加載初期急劇下降,而在后續(xù)循環(huán)中達到穩(wěn)定,且穩(wěn)定循環(huán)應變幅的大小與加載路徑關系不大;3)多軸加載路徑下的疲勞壽命遠低于單軸拉壓路徑和純扭轉路徑的結果;相同等效應力幅下,圓路徑的應力應變滯環(huán)面積最大,對應的能量耗散最大,導致圓路徑疲勞壽命最短;4)在腐蝕環(huán)境下,AZ21的應力應變滯環(huán)面積大于空氣中的滯環(huán)面積,導致材料的腐蝕疲勞損傷速率遠大于空氣中的損傷速率,壽命也遠低于空氣中的結果。本文利用Basquin公式和Findley-Park-Nelson(FPN)公式對不同環(huán)境和不同路徑下的疲勞壽命進行了預測,Basquin公式對AZ21鎂合金在復雜載荷和腐蝕條件下的疲勞壽命預測結果整體上比FPN公式的預測結果更接近試驗結果,但是二者均不能夠有效區(qū)分載荷幅值相同時不同路徑對疲勞壽命的影響;將路徑非比例度的概念引入Basquin公式后,可對圓形路徑和菱形路徑下的疲勞壽命進行較為合理的預測。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22

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本文編號：1138096