在不同溫度（150℃、室溫、-70℃）、不同應(yīng)力比（0.1,0.5）下對7055-T76511鋁合金型材進行了裂紋擴展速率試驗,研究了溫度和應(yīng)力比對其裂紋擴展速率和門檻值的影響。結(jié)果表明:隨著溫度的降低和應(yīng)力比的減小,7055-T76511鋁合金裂紋擴展門檻值逐漸增大,裂紋擴展速率逐漸降低;-70℃下合金斷裂時對應(yīng)的裂紋擴展速率較小,且裂紋擴展門檻值較大,抗裂紋擴展能力最好。 

【文章來源】：機械工程材料. 2020,44(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

7055-T76511鋁合金型材橫截面形貌

按照ASTM E647標準加工中心裂紋M(T）試樣，試樣厚度B為5mm，寬度W為100mm，長度L為400mm，初始裂紋長度為6mm，如圖2所示。預(yù)制裂紋長度為1mm，使用放大倍數(shù)在20倍以上的顯微鏡進行測定，預(yù)制裂紋應(yīng)力比為0.1。采用電液伺服疲勞試驗機進行裂紋擴展試驗，并測定裂紋擴展門檻值ΔKth。試驗機靜態(tài)載荷精度為±1%，動態(tài)載荷精度為±3%。試驗頻率為3～10Hz，應(yīng)力比R為0.1,0.5，相對濕度為30%～60%。試驗溫度分別為150℃（高溫）、18～28℃（室溫）、-70℃（低溫），采用環(huán)境箱控制溫度，低溫溫度偏差為±2℃，高溫溫度偏差為±3℃。低溫和高溫條件下，需先將試樣在試驗溫度下保溫30min后再進行測試。試驗過程中，將裂紋擴展速率控制在（1～2）×10-5 mm·周次-1，保持最大載荷Pmax和應(yīng)力比R恒定。裂紋每擴展Δa長度后，記錄當前裂紋長度a及相應(yīng)的循環(huán)周次N（即a-N數(shù)據(jù)），直到試樣斷裂。采用割線法對a-N數(shù)據(jù)進行處理以確定裂紋擴展速率（da/dN），通過Paris公式對裂紋擴展速率進行擬合，得到da/dN-應(yīng)力強度因子范圍（ΔK）關(guān)系曲線，da/dN=1×10-7 mm·周次-1對應(yīng)的ΔK即為裂紋擴展門檻值ΔKth。Paris公式如下

對比不同溫度下的疲勞裂紋擴展速率曲線可知，當應(yīng)力比為0.5,0.1時，隨著溫度的升高，裂紋擴展越來越快，抗裂紋擴展能力降低，-70℃下合金斷裂時對應(yīng)的裂紋擴展速率較小，且其裂紋擴展門檻值始終最大，說明在裂紋穩(wěn)定擴展區(qū)，低溫下合金的抗裂紋擴展能力最好。高溫條件下抗裂紋擴展能力的下降與材料彈性模量和抗拉強度的降低以及裂紋表面氧化有關(guān)。裂紋擴展速率與裂紋尖端的張開位移成正比關(guān)系。在相同外加載荷條件下，隨著溫度從-70℃升至150℃，7055-T76511鋁合金的彈性模量降低，裂紋尖端張開位移變大，同時強度的下降使得裂紋尖端的累積損傷加重，裂紋擴展阻力減小，擴展速率增大。圖4 不同應(yīng)力比下7055-T76511鋁合金型材在室溫時的疲勞裂紋擴展速率曲線

【參考文獻】：
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