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(jìn)行了裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn),研究了溫度和應(yīng)力比對其裂紋擴(kuò)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(kuò)展門檻值逐漸增大,裂紋擴(kuò)展速率逐漸降低;-70℃下合金斷裂時(shí)對應(yīng)的裂紋擴(kuò)展速率較小,且裂紋擴(kuò)展門檻值較大,抗裂紋擴(kuò)展能力最好。 

【文章來源】：機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(yàn)機(jī)進(jìn)行裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，并測定裂紋擴(kuò)展門檻值ΔKth。試驗(yàn)機(jī)靜態(tài)載荷精度為±1%，動(dòng)態(tài)載荷精度為±3%。試驗(yàn)頻率為3～10Hz，應(yīng)力比R為0.1,0.5，相對濕度為30%～60%。試驗(yàn)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(yàn)溫度下保溫30min后再進(jìn)行測試。試驗(yàn)過程中，將裂紋擴(kuò)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(kuò)展Δa長度后，記錄當(dāng)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(jìn)行處理以確定裂紋擴(kuò)展速率（da/dN），通過Paris公式對裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行擬合，得到da/dN-應(yīng)力強(qiáng)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(kuò)展門檻值ΔKth。Paris公式如下

對比不同溫度下的疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線可知，當(dāng)應(yīng)力比為0.5,0.1時(shí)，隨著溫度的升高，裂紋擴(kuò)展越來越快，抗裂紋擴(kuò)展能力降低，-70℃下合金斷裂時(shí)對應(yīng)的裂紋擴(kuò)展速率較小，且其裂紋擴(kuò)展門檻值始終最大，說明在裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)，低溫下合金的抗裂紋擴(kuò)展能力最好。高溫條件下抗裂紋擴(kuò)展能力的下降與材料彈性模量和抗拉強(qiáng)度的降低以及裂紋表面氧化有關(guān)。裂紋擴(kuò)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(shí)強(qiáng)度的下降使得裂紋尖端的累積損傷加重，裂紋擴(kuò)展阻力減小，擴(kuò)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(shí)的疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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