傳統(tǒng)鎂合金輪轂抗疲勞設(shè)計(jì)的主要參考依據(jù)是數(shù)值模擬分析及物理旋轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)。為保證產(chǎn)品服役期間的可靠性和耐用性,結(jié)構(gòu)薄弱的部位不可避免的存在過度設(shè)計(jì)。這不僅減弱了鎂合金的輕質(zhì)優(yōu)勢(shì),而且對(duì)材料本身固有的損傷模式也沒有提供解決方案。此外,鎂合金輪轂成形的熱機(jī)械歷史也導(dǎo)致了內(nèi)部微觀組織的不均勻分布,進(jìn)一步引起不同部位中疲勞行為的差異性。本文主要研究一種新型省力擠壓工藝成形的鎂合金輪轂的靜態(tài)及疲勞力學(xué)性能,分析該成形工藝下的輪輻、輪輞部分的微觀組織形貌,以及它們?cè)诔惺苎h(huán)載荷時(shí)的疲勞變形行為和失效機(jī)理,進(jìn)而為調(diào)控優(yōu)化其疲勞性能及疲勞壽命預(yù)測(cè)提供理論支持和數(shù)據(jù)參考。通過微觀結(jié)構(gòu)和織構(gòu)分析、應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)監(jiān)測(cè)、孿生-去孿生行為演變以及疲勞斷裂形貌分析等研究了AZ80輪轂的靜態(tài)和疲勞性能。建立了擠壓AZ80鎂合金輪輞及輪輻中微觀組織結(jié)構(gòu)與宏觀循環(huán)變形行為的聯(lián)系。結(jié)果表明:輪輞組織中存在更細(xì),更均勻的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒,平均晶粒尺寸約為17.2μm,而輪輻平均晶粒尺寸約為30.5μm。輪輞試樣的極限抗拉強(qiáng)度達(dá)到339 MPa,斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到14.6%。此外,輪輞與輪輻相比還顯示出更優(yōu)異的疲勞性能,這與其細(xì)小的... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：96 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

輪輞及輪輻的靜態(tài)初始應(yīng)力分布[18]

中北大學(xué)學(xué)位論文4而限制了輪轂的服役壽命。鎂合金輪轂的疲勞行為及其斷裂機(jī)理的探求與合理預(yù)測(cè)疲勞壽命等難點(diǎn)亟待突破。1.3鎂合金的疲勞行為1.3.1疲勞概述19世紀(jì)初期的第一次工業(yè)革命中，人們注意到汽輪機(jī)主軸等構(gòu)件在遠(yuǎn)低于材料強(qiáng)度的應(yīng)力水平下承受一段時(shí)間的循環(huán)載荷后會(huì)發(fā)生斷裂，這一現(xiàn)象被首次定義為金屬材料的疲勞。疲勞是指在多次加載過程中，小缺陷不斷累積，包括裂紋或孔洞的形核和擴(kuò)展，最終導(dǎo)致失效的過程。一般根據(jù)載荷及實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行疲勞分類，按循環(huán)周次分為：高周、低周疲勞等；按載荷控制分為：應(yīng)力、應(yīng)變控制疲勞；按應(yīng)力狀態(tài)分為：?jiǎn)屋S、多軸疲勞；此外還有蠕變疲勞、微動(dòng)疲勞、接觸疲勞、環(huán)境疲勞等等。應(yīng)力控制疲勞是指疲勞實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)力幅維持恒定或按預(yù)先設(shè)定程序變化的疲勞形式；應(yīng)變控制疲勞對(duì)應(yīng)為預(yù)先設(shè)定應(yīng)變幅的疲勞形式。實(shí)際結(jié)構(gòu)件的載荷歷程復(fù)雜，受載模式處于二者的交互變化之間。應(yīng)力控制疲勞試驗(yàn)下的疲勞性能可以通過循環(huán)應(yīng)力-循環(huán)周期（S-N）圖直觀表示。當(dāng)循環(huán)應(yīng)力低于一特定數(shù)值時(shí)（疲勞極限），材料可以理論上承受無窮次的循環(huán)加載而保持性能穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)S-N圖中低載荷振幅下的平臺(tái)。鋁、鎂合金沒有類似的疲勞極限，一般通過107周次下的循環(huán)應(yīng)力定義疲勞極限值。但在低于疲勞極限或高周疲勞循環(huán)周次的安全狀態(tài)中的非損傷變形也不完全是彈性變形[22]，在圖1-2中對(duì)這種情況進(jìn)行了圖示總結(jié)，沿著曲線的所有應(yīng)力水平均出現(xiàn)了應(yīng)力-應(yīng)變滯回曲線。只有在疲勞極限以下才能觀察到完全的彈性行為。圖1-2S-N曲線示意圖[22]Fig.1-2S-Ncurvediagram[22]

中北大學(xué)學(xué)位論文5對(duì)承受循環(huán)載荷的金屬試樣來說，塑性損傷隨加載周次上升而累積，圖1-3為金屬試樣從疲勞裂紋形核到最終斷裂的示意圖。圖1-4為/S-N曲線下的不同階段壽命占比示意圖[22]，對(duì)于低載荷條件下的試驗(yàn)結(jié)果，裂紋萌生占據(jù)90%以上的壽命，而裂紋擴(kuò)展對(duì)疲勞壽命的貢獻(xiàn)有限，這與其循環(huán)受載期間的彈性變形主導(dǎo)有關(guān)；而高應(yīng)力應(yīng)變條件下裂紋擴(kuò)展比例提高，試樣在早期的塑性變形中產(chǎn)生疲勞裂紋并隨循環(huán)周次上升而擴(kuò)展。圖1-3疲勞斷裂過程示意圖Fig.1-3Schematicdiagramoffatiguefractureprocess圖1-4金屬疲勞失效階段示意圖[22]Fig.1-4Schematicdiagramofmetalfatiguefailurestage[22]鎂合金在較小的循環(huán)受載下，位錯(cuò)的來回位移及與氧化物的交互作用不再是無損傷的可逆變形。一般的應(yīng)力控制實(shí)驗(yàn)不適合反映不同載荷層次下的疲勞損傷累積過程。而且應(yīng)力控制的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)件的壽命評(píng)價(jià)更傾向于關(guān)注疲勞極限的安全側(cè)評(píng)價(jià)，對(duì)壽命的預(yù)測(cè)會(huì)更保守。本文進(jìn)行的應(yīng)變測(cè)試結(jié)果則屬于危險(xiǎn)側(cè)評(píng)價(jià)。由于鎂合金結(jié)構(gòu)件在實(shí)際服役中易受腐蝕，隨后發(fā)生疲勞，用應(yīng)變控制的疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)更接近實(shí)際情況，對(duì)鎂合金結(jié)構(gòu)件的疲勞行為分析更具有工程意義。1.3.2鎂合金的疲勞變形研究鎂合金中最熱的話題就是變形機(jī)制，變形機(jī)制是造成鎂及其合金表現(xiàn)出復(fù)雜力


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