2014铝合金层裂特性研究

论文摘要

2014铝合金是航天材料中应用最广泛的一种铝合金。本文主要采用实验的方法对2014铝合金的层裂特性进行研究,侧重于考虑不同的热处理过程对材料层裂强度的影响,希望对材料的制造工艺和使用过程提供有益的指导。论文通过实验测量了材料的层裂强度,并对实验回收试样进行了显微观察,对层裂的损伤演化过程进行了分析,结合铝合金热处理理论对铝合金材料层裂特性影响因素进行了初步讨论。通过上述工作,本文取得的主要成果有:1.设计了科学合理的层裂实验装置;对实验设计进行了数值模拟验证,分析了产生二次撞击的原因。2.对不同热处理的2014铝合金试样进行了层裂实验,结果显示四种热处理状态下的层裂强度的大小比较为:B>C>A~D。可见这四种状态下,B热处理的层裂强度最高,A和D热处理的层裂强度最低。3.分析了层裂在试样中的发展模式,比对了试样阻止裂纹扩展的能力;通过实验发现材料内裂纹起裂特性与扩展特性并不完全一致,D热处理试样裂纹最不容易扩展。4.对A、B、C、D四种热处理的2014铝合金试样进行了金相分析。B、C热处理试样发生了再结晶,晶粒较小;A、D试样晶粒则较粗大。5.对造成铝合金材料层裂特性差异的影响因素进行了分析,从成分和热处理两个角度进行了讨论:合金元素固溶到基体金属(溶剂)中形成固溶体后,合金的层裂强度会得到提高;成分不同导致铝合金强化相不同,从而层裂强度不同;在热处理过程中,固溶处理温度、淬火转移时间、人工时效等因素对材料的性能有很大的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 铝合金层裂研究概况
• 1.2.1 历史回顾及现状
• 1.2.2 实验技术
• 1.2.3 数值模拟研究
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 层裂破坏原理及层裂强度计算
• 2.1 波传播理论介绍
• 2.1.1 一维应变平面波
• 2.1.2 流体弹塑性介质中的平面波
• 2.2 层裂破坏机理和层裂信号诊断
• 2.2.1 层裂破坏机理
• 2.2.2 层裂强度测量
• 2.2.3 层裂强度计算
• 2.3 本章小结
• 第三章 层裂实验
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验设计
• 3.2.1 试样尺寸设计
• 3.2.2 实验装置
• 3.2.3 测试系统
• 3.3 仿真验证
• 3.3.1 试样前端面与靶架距离设计
• 3.3.2 飞片与弹底间隙的影响
• 3.3.3 尼龙衬套对实验结果的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验结果与讨论
• 4.1 自由面实验结果
• 4.1.1 A 热处理试样自由面实验结果
• 4.1.2 B 热处理试样自由面实验结果
• 4.1.3 C 热处理试样自由面实验结果
• 4.1.4 D 热处理试样自由面实验结果
• 4.2 压力剖面测试实验结果
• 4.3 实验结果比对分析
• 4.3.1 层裂强度对比
• 4.3.2 裂纹扩展对比
• 4.3.3 损伤演化过程分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 铝合金材料层裂特性影响因素分析
• 5.1 成分组成对铝合金层裂特性的影响
• 5.1.1 铝合金与纯铝对比
• 5.1.2 不同成分铝合金之间对比
• 5.2 加工及热处理工艺对铝合金层裂特性影响
• 5.2.1 固溶处理
• 5.2.2 淬火及时效
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 主要的研究成果
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果