本文關(guān)鍵詞：高強(qiáng)7075鋁合金疲勞損傷微觀機(jī)理和循環(huán)形變特性的研究

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【摘要】：7075鋁合金因具有高的比強(qiáng)度、剛度和較好的抗應(yīng)力腐蝕能力成為航空航天和高速交通領(lǐng)域關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的優(yōu)選材料。由于這些結(jié)構(gòu)件長(zhǎng)期處于循環(huán)交變載荷服役條件,故而對(duì)該合金的疲勞損傷和循環(huán)形變特性進(jìn)行研究尤顯重要。本文對(duì)7075合金進(jìn)行三種不同中間熱處理工藝,獲得三種不同組織性能的材料,分別為7075-T651、7075-T6和7075-H112合金。通過金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)觀測(cè)三種合金的微觀形貌和原始組態(tài),并探究7075-T651合金循環(huán)形變性能和疲勞損傷特性的微觀機(jī)理,獲得如下結(jié)果：(1)經(jīng)過T651、T6和H112熱處理態(tài)下的7075合金具有各自不同的微觀組織形貌和性能特征。7075-T651和7075-T6合金有密集均勻分布的析出相,H112基體析出相細(xì)而稀疏,顯微強(qiáng)度也較低。(2)經(jīng)過熱擠壓排材并預(yù)拉伸工藝的7075-T651合金有明顯優(yōu)異性能。通過原始組態(tài)觀察和物相分析發(fā)現(xiàn),該合金基體上彌散分布著細(xì)小的MgZn2,同時(shí)存有Al7Cu2Fe,以及富Si氧化物顆粒。(3)7075-T651合金斷裂方式為P-V曲線Ⅰ型,其斷裂韌性Kic為41.59MPa.m1/2。L-T取向的斷口上有顯見的撕裂棱和韌窩,韌窩大而深且無規(guī)則排列。(4)通過靜載拉伸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)T651熱處理態(tài)下的7075鋁合金材料具有較高抗拉強(qiáng)度529 MPa和屈服強(qiáng)度450 MPa,有較大延伸率(10%)和斷面收縮率(6.8%),塑性容積量高,但外載荷高于一定數(shù)值時(shí)同樣具有發(fā)生短時(shí)斷裂失效傾向。(5)7075-T651合金材料具有超高疲勞壽命,在小應(yīng)力循環(huán)加載下(60%σy、 70%σy)試樣顯現(xiàn)高壽命周期；隨著恒定應(yīng)力增大(80%σy、90%σy),試樣較早進(jìn)入循環(huán)飽和區(qū)域進(jìn)而斷裂失穩(wěn)。(6)7075-T651合金材料在循環(huán)載荷作用初期基體無明顯塑性變形,裂紋長(zhǎng)度小,試樣表面有效承載面積大,裂紋源區(qū)呈現(xiàn)類似解理斷裂的花樣特征。循環(huán)加載后,裂紋擴(kuò)展時(shí),由于位錯(cuò)反復(fù)滑移過程中的可逆性,斷口呈現(xiàn)典型的溝槽花樣特征。疲勞后期,隨裂紋長(zhǎng)度增加,擴(kuò)展速率增大,位錯(cuò)可逆滑移距離遠(yuǎn)小于裂紋擴(kuò)展距離,瞬斷區(qū)域更接近靜態(tài)拉伸斷口形貌,有明顯韌窩斷口特征。(7)7075-T651合金有明顯微孔擴(kuò)展聚集聚合斷裂模式,以晶內(nèi)微孔聚合為主。基體內(nèi)富含F(xiàn)e.Si的第二相粒子和晶界與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)作用導(dǎo)致這一機(jī)制產(chǎn)生。MgZn2、Al7Cu2Fe以及富Si氧化物顆粒阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),造成位錯(cuò)塞積,局部應(yīng)力增大到一定程度后,顆粒開裂或沿界面脫粘,從而形成微孔,外加應(yīng)力作用下聚集長(zhǎng)大,進(jìn)而導(dǎo)致材料局部開裂。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.21

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