航空铝合金材料的应力腐蚀开裂行为研究

【类型】学位论文

【作者】杨青 

【关键词】 铝合金 DCB试样 应力腐蚀开裂门槛值KISCC 晶须状腐蚀产物

【摘要】本文基于铝合金构件在服役过程中，由于外加载荷及材料残余应力和环境的共同作用所引起局部腐蚀而导致部件失效的问题，采用扫描电子显微镜（SEM），能谱仪（EDS），X射线衍射仪（XRD），透射电子显微镜分析（TEM）、裂纹扩展长度及应力腐蚀开裂门槛值KISCC测试等方法研究了两种取向、六种铝合金材料的应力腐蚀性能，设计了试样厚度对2024铝合金应力腐蚀开裂门槛值KISCC影响的实验及不同氯离子浓度的腐蚀环境下7050铝合金应力腐蚀对比实验，分析了应力腐蚀试验后铝合金DCB (Double Beam Stress Corrosion Specimen, DCB)试样断口表面应力腐蚀产物的形貌、成分、结构及腐蚀产物形成的影响因素。 结果表明，六种铝合金材料应力腐蚀开裂门槛值KISCC从大到小依次为：国产2024-T351、进口2024-T351、国产7050-T7451、进口7050-T7451、进口7085-T7452、进口7150-T7751。对于同一种材料，S-T和S-L取向试样得到的应力腐蚀开裂门槛值KISCC差异较小。在应力腐蚀过程中，裂纹扩展长度随腐蚀时间变长，而裂纹扩展速率逐渐降低。裂纹尖端铝合金发生阳极溶解，在裂纹尖端和主体溶液之间构成了“小阳极大阴极”体系，在应力腐蚀过程中，随着腐蚀进行，主体溶液pH呈碱性，而裂纹尖端pH呈酸性。 从DCB试样厚度及腐蚀环境中氯离子浓度对铝合金材料的应力腐蚀性能影响的结果可以得到，对于S-T取向，试样厚度对材料的应力腐蚀开裂门槛值KISCC影响大于S-L取向的试样。随着腐蚀环境中氯离子浓度的增加，DCB试样应力腐蚀断口表面的腐蚀程度加重。 通过对铝合金材料的应力腐蚀试验后，DCB试样断口表面腐蚀产物的研究，可以得知，除了传统的铝合金材料腐蚀后的腐蚀产物外，在DCB试样断口表面还生成了大量的氢氧化铝纤维状腐蚀产物；该腐蚀产物倾向于在试样腐蚀断口表面缺陷或裂缝处生长；纤维状的氢氧化铝腐蚀产物的形成降低了试样断口表面块状腐蚀产物的积累，从而降低了裂纹尖端块状腐蚀产物的楔形作用，使该铝合金材料在应力腐蚀断裂前能够承受更高的应力场强度因子和更高的抗应力腐蚀能力，进而降低了铝合金的应力腐蚀敏感性。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】朱立群

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