高强航空铝合金的疲劳性能与组织研究

【类型】学位论文

【作者】张兴芹 

【关键词】 N曲线 裂纹扩展 组织,1933铝合金 1161铝合金 S

【摘要】铝及其合金由于密度小、耐腐蚀、断裂韧性好和疲劳强度高等良好特征,而被广泛应用到航空领域。由于飞机金属构件在高温、高压、高速等恶劣环境下工作很容易出现缺陷,导致疲劳失效,造成生命和财产的巨大损失。所以,在疲劳载荷作用下确定构件的疲劳寿命,对飞机用铝合金的设计及制造具有重要的科学指导意义。本试验在室温下利用GPS100型高频疲劳试验机测试1933和1161铝合金的疲劳寿命,得出S-N曲线。疲劳试验载荷为正弦加载,应力比R=0.1。应用SEM、OM、XRD和EDS等分析手段,研究了这两种铝合金的微观组织形貌、疲劳断口形貌以及疲劳裂纹萌生和扩展行为,分析了析出相的成分。研究结果表明：L向、Kt=1、R=0.1时1933铝合金的疲劳极限为315MPa,L向、Kt=3、R=0.1时1933铝合金的疲劳极限为108MPa, LT向、Kt=1、R=0.1时1161铝合金的疲劳极限为298MPa, LT向、Kt=3.R=0.1时1161铝合金的疲劳极限为128MPa。1933和1161铝合金的疲断口分为三部分：疲劳源区、裂纹扩展区、瞬断区。裂纹扩展区存在明显的二次裂纹及疲劳条带,瞬断区存在较多韧窝,表明材料具有良好的塑性,试样失效为典型的疲劳断裂。疲劳裂纹主要起源于试样的表面,因此提高表面的质量可以延缓疲劳裂纹的萌生。应力比对1933和1161铝合金的疲劳寿命有较大的影响。缺口试样的疲劳强度明显低于圆口试样的疲劳强度,说明这两种铝合金具有敏感的缺口效应,因此可以通过减少表面的缺口提高该材料的疲劳强度。大部分析出相粒子尺寸为纳米尺寸范围,并弥散分布在铝合金的基体及晶界上,少量粗大的析出相分布晶界；1933铝合金的主要析出强化相为Mg7Zn3和(?)4gZn。1161铝合金的析出强化相为A1Cu和A13Zr；这些弥散分布的超细晶析出相起到了细晶强化铝合金基体的作用,同时使材料具有良好的抗疲劳性能。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】东北大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】陈岁元

【读秀链接】读秀链接