2A97铝锂合金疲劳性能测试与评价

论文摘要

在进入21世纪的今天,随着断裂力学、损伤力学的深入研究,人们对传统的静载、无缺陷材料的认识已相当深刻,因此,疲劳成为导致金属零、构件失效的主要因素之一。对于航天领域广泛使用的铝合金材料,在投入实际使用之前,准确测定其疲劳寿命是我们必需要做的工作。铝合金在飞机上主要是用作结构材料,如：蒙皮、框架、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱等。80年代由于燃油价格上涨而要求进一步减重；90年代至今,铝合金的发展目标是进一步减重,并进一步提高铝合金的耐久性和损伤容限。例如开发出高强、高韧、高抗腐蚀性能的新型铝合金。在此实验中主要就是研究一种新型的2A97铝合金,其主要成分是Al-Cu-Li-X,它不仅具有高强度、高模量、可含焊性、低比重优点,并在耐热性、抗蚀性等方面优于其它一些铝合金。本文通过轴向疲劳试验,得到了2A97合金不同轧向以及不同应力系数的试样的疲劳极限和S-N曲线。利用金相显微镜、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）观察,系统研究了2A97合金的裂纹萌生和扩展行为以及不同取向的塑性,考察了试样取向的影响,得到主要结论如下：（1）2A97合金长横向（LT向）取样的试样虽然屈服强度比纵向（L向）小,但其塑性要优于L向,而且LT向的疲劳性能更好一些。（2）2A97合金圆口试样在低应力水平下LT向的条件疲劳极限大于L向,当应力达到某一数值时,L向的条件疲劳极限超过了LT向。（3）2A97合金的疲劳裂纹主要萌生于试样表面,且萌生于第二相粒子、基体界面、表面缺陷处以及晶界。（4）2A97合金的疲劳裂纹早期出现偏折的扩展,其优先沿有利滑移面扩展,当两个晶粒滑移面一致时,裂纹不发生偏折；当两个晶粒的有利滑移面存在夹角时,裂纹发生偏折,形成断口的晶体学形貌。（5）2A97合金具有平面滑移特性,位错可剪切共格相δ粒子,造成晶内扩展路径偏折。其中LT取向的偏折程度要大于L向,造成扩展初期LT向的扩展速率要小于L向。（6）2A97合金为未再结晶晶粒,析出相主要有δ相、T1相以及θ相。其中,δ相与基体共格,可被位错剪切；T1相是在基体面{111}。面上形成的六角形片状相,与基体半共格,畸变能大,不能被位错切割,位错必须以绕过机制滑移；θ相是在基体{100}。面上形成的片状相,从裂纹扩展来看,这种析出相不利于裂纹偏折和减小累计损伤。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 疲劳性能的研究概况
• 1.2.1 疲劳的基本概念
• 1.2.2 疲劳断裂机理
• 1.2.3 疲劳断裂的影响因素
• 1.3 铝锂合金的研究概况
• 1.3.1 铝锂合金的发展
• 1.3.2 A1-Li-Cu系铝锂合金的微观组织
• 1.3.3 铝锂合金的疲劳特性
• 1.4 本论文研究的目的和主要内容
• 第2章 实验材料和研究方法
• 2.1 实验样品
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 疲劳试验机主机系统工作原理简介
• 2.2.2 计算机控制系统工作原理简介
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 疲劳试验机的操作步骤
• 2.3.2 疲劳极限与中值疲劳曲线（S-N）曲线的测定
• 2.3.3 显微组织分析
• 2.3.4 拉伸测试
• 第3章 材料的疲劳极限与S-N曲线
• 3.1 升降图及疲劳极限的测定
• 3.1.1 材料的升降图
• 3.1.2 疲劳极限的测定
• 3.2 S-N曲线的测定
• 3.2.1 数据处理与S-N曲线方程
• 3.2.2 样品S-N曲线与分析
• 3.2.3 L向与LT向疲劳性能比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 疲劳断口分析
• 4.1 疲劳断口的宏观形貌
• 4.2 金相分析
• 4.3 疲劳断口SEM分析
• 4.3.1 2A97铝合金疲劳断口基本特征
• 4.3.2 L向与LT向缺口试样SEM照片比较分析
• 4.4 TEM组织分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历