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综述-铝合金疲劳及断口分析.doc

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文 献 综 述(2011 级)设 计 题 目 铝合金疲劳及断口分析 学 生 姓 名 胡伟 学 号 201111514 专 业 班 级 金属材料工程 2011 级 03 班 指 导 教 师 黄俊 老师 院 系 名 称 材料科学与工程学院 2015 年 4 月 12 日- 1 -铝合金疲劳及断口分析1 绪论1.1 引言7 系铝合金包括 Al-Zn-Mg 系和 Al-Zn-Mg-Cu 系合金,此类合金具有密度低、比强度高、良好的加工性能及优良的焊接性能等一系列优点。随着应用在铝合金上的热处理工艺及微合金化技术的不断改进,其力学性能被大幅度强化,综合性能也得到了全面提升。在航空航天、建筑、车辆、 、桥梁、工兵装备和大型压力容器等方面都得到了广泛的应用。现代工业的飞速发展,对 7 系铝合金的强度、韧性以及抗应力腐蚀性能等提出了更高的要求。但是,存在另外一个现象,在各行各业的领域中,铝合金设备偶尔会出现难以察觉的断裂,在断裂之前很难甚至无法察觉到一点塑性变形。这种断裂形式,对人身以及财产安全造成了不可挽回的损失。经过大量实验表明,这些断裂是由于材料的疲劳引起,材料在交变载荷的长期作用下,表面或者内部,尤其是内部会产生微观裂纹。本文主要研究铝合金疲劳引起的裂纹以及疲劳断口分析,此类研究对于日后的生产安全,有重大意义。1.2 7 系铝合金的发展历史在 20 世纪 20 年代,德国的科学家研制出 Al-Zn-Mg 系合金,由于该合金抗应力腐蚀性能太差,并未得到产业内应用。在 20 世纪 30年代初一直到二战结束期间,各个国家在研究中发现,Cu 元素可以提高铝合金的抗应力腐蚀性能。在此,开发了大量 Al-Zn-Mg 系合金,因此忽视了对 Al-Zn-Mg 系合金的研究。德、美、苏、法等国在 Al-Zn-Mg-Cu 系合金基础上成功地开发了 7075 、B93 和 D。T。 D683 等合金。目前正广泛应用在航空航天事业上,但是强度、韧性、抗应力腐蚀性能三者之间未能实现最佳组合状态。20 世纪 50 年代,- 2 -德国科学家公布了具有优良焊接性能的合金 AlZnMg1 和 AlZnMg2,引起了人们对 Al-Zn-Mg 系合金的重视。在此段时间,美国学者在AlZnMg1 合金的基础上,加入了 Zr、Mn、Cr 等元素,研制出了7004 和 7005 合金,具有优良焊接性和抗应力腐蚀性能,广泛应用于焊接行业。唯一不足的是,工艺性能较差。日本科学家尝试降低合金中 Mg 含量,提高 Zn/Mg 值,研制出了 ZK60 和 ZK61 合金,使合金的焊接性和工艺性能提高,但是降低了很大的强度。同时期内,前苏联也研制出了 1915、1933 合金,强度也是偏低。为了克服强度低的缺点,20 世纪 70 年代又研制出 7020 合金,具有高强度,焊接性好的性能。以后,人们把注意力集中在了 Al-Zn-Mg 系铝合金上。20 世纪 80 年代初,美国科学家先后在 7075 合金的基础上,为了解决实际生产中抗应力腐蚀敏感性较高的问题,以及满足某些特殊需要,调整了部分合金元素的含量,发展了许多新型合金。相比之下,国内对 7 系铝合金的研究起步较晚,在 20 实际 80 年代,由东北和北京研究院研制 Al-Zn-Mg 系铝合金。目前主要有7050、7075、7175 等合金产品。20 世纪 90 年代中期,北京航空材料研究所采用常规半连续铸造法试制出 7A55 超高强铝合金,近几年又研制出强度更高的 7A60 合金。而在 Al2Zn2Mg 系铝合金的研制上,国内基本都是仿制,很少自行开发。1.3 铝合金疲劳的分类1.3.1 疲劳的定义疲劳断裂是由于交变载荷、应力下引起的延时断裂,其断裂应力水平往往低于材料的抗拉强度 σb,有时甚至低于屈服强度 σs。一般情况下,疲劳破坏不发生明显的塑性变形,其变形主要是脆性断裂,是一种没有预兆、十分危险的破坏形式,难以检测、预防。铝合金的疲劳,按疲劳破坏原因可分为三类:热疲劳、腐蚀疲劳和机械疲劳。1.3.2 热疲劳铝合金的热疲劳是在交变应力和热应力共同作用下产生的疲劳破- 3 -坏。外部约束和内部约束是产生热疲劳的两个必要条件,外部约束即阻碍材料自由膨胀,内部约束即产生温度梯度,使材料膨胀,但由于约束从而产生热应力与热应变,经过一定的循环次数,导致裂纹的萌生、扩展。张文孝等研究了 LD8 铝合金的同相和异相热疲劳特性,应用弹塑性断裂力学方法对不同状态下热疲劳寿命进行了探讨。1.3.3 腐蚀疲劳长期在化工行业使用或者海水中使用的金属材料,处于腐蚀的环境中,此外还承受交变载荷
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