高强高韧2X24铝合金板材疲劳特性研究

论文摘要

以2024、2524、2524-Zr和2524-Sc-Zr四种合金薄板为研究对象,采用比较研究法并利用金相显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜探索了合金薄板疲劳特性、裂纹扩展及相应的微观机理。得到了以下重要结论:（1）在室温R=0.1条件下,2524合金的疲劳性能优于2024合金疲劳性能,2524和2024合金板材在107次下循环的疲劳强度分别是180MPa和150MPa左右,降低合金中Fe、Si杂质的含量使2524合金的疲劳强度提高了近30MPa,有利于改善合金的抗疲劳性能;（2）添加微量Zr能提高合金的疲劳强度,2524-Zr和2524合金板材在107次下循环的疲劳强度分别是185MPa和180MPa左右,合金的疲劳强度提高了5MPa左右;（3）添加微量Sc、Zr能提高合金的疲劳强度,2524-Sc-Zr和2524合金板材在107次下循环的疲劳强度分别是190MPa和180MPa左右,合金的疲劳强度提高了10MPa左右,提高的幅度比单独添加微量Zr的合金大;（4）2024和2524合金中Fe和Si的主要存在形式有两种,一种是比较粗大的Al7Cu2Fe杂质相,另一种杂质相是含Fe、Mn、Si的铝化物,2024合金中的夹杂相较多而且还有团聚的倾向。（5）2024合金轴向疲劳断口上疲劳裂纹扩展区内疲劳条纹间距比2524合金的疲劳裂纹明显宽,2024合金板材疲劳断口上裂纹源附近容易发现杂质相,这种杂质相性脆,杂质相处容易萌生裂纹,降低了合金的疲劳强度。（6）细小的晶粒组织、大量细小Al3（Sc,Zr）粒子、高密度的位错和晶界、位错运动的高摩擦阻力可有效阻止微裂纹的形核和扩展,它们是2524-Sc-Zr合金疲劳强度和疲劳寿命提高的主要原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 2x24铝合金概述
• 1.1.1 2x24合金发展概况
• 1.1.2 2x24合金的合金化机理
• 1.1.3 2x24合金的组织与性能
• 1.2 铝合金的疲劳
• 1.2.1 疲劳研究发展概况
• 1.2.2 金属疲劳的分类
• 1.2.3 疲劳寿命的研究
• 1.3 疲劳裂纹的萌生和扩展
• 1.3.1 疲劳裂纹扩展一般规律性描述
• 1.3.2 疲劳裂纹萌生的主要机理
• 1.3.3 疲劳裂纹扩展的主要机理
• 1.4 学位论文研究目的和主要研究内容
• 第二章 实验材料和方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 固溶-时效处理
• 2.2.2 拉伸力学性能测试
• 2.2.3 疲劳强度实验
• 2.2.4 疲劳裂纹扩展实验
• 2.2.5 断口扫描电镜观察
• 2.2.6 金相组织观察
• 2.2.7 透射电镜组织观察
• 第三章 2024和2524合金板材疲劳特性的研究
• 3.1 两种合金板材的显微组织
• 3.1.1 两种合金板材的金相显微组织
• 3.1.2 两种合金板材的透射电子显微组织
• 3.1.3 两种合金板材的面扫描分析
• 3.2 两种合金板材的轴向疲劳特性
• 3.2.1 两种合金板材轴向疲劳强度
• 3.2.2 两种合金板材的轴向疲劳断口特征
• 3.3 两种合金板材裂纹扩展研究
• 3.3.1 两种合金板材的裂纹扩展测试结果
• 3.3.2 两种合金板材的裂纹扩展样品断口特征
• 3.4 分析与讨论
• 3.4.1 微量Fe、Si在合金中的存在形式
• 3.4.2 微量Fe、Si对合金疲劳性能的影响
• 3.4.3 晶粒组织对合金疲劳性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 2524-Zr合金板材疲劳特性的研究
• 4.1 合金板材的显微组织
• 4.1.1 合金薄板的金相显微组织
• 4.1.2 合金板材的透射电子显微组织
• 4.2 合金板材轴向疲劳特性
• 4.2.1 合金板材轴向疲劳强度
• 4.2.2 合金板材的疲劳断口特征
• 4.3 合金板材的裂纹扩展研究
• 4.3.1 合金板材的裂纹扩展测试结果
• 4.3.2 合金薄板的裂纹扩展样品断口特征
• 4.4 分析与讨论
• 4.4.1 微量Zr对2524合金板材组织的影响
• 4.4.2 微量Zr对2524合金板材疲劳特性的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 2524-Sc-Zr合金板材疲劳特性的研究
• 5.1 合金板材的显微组织结构
• 5.1.1 合金板材的金相显微组织
• 5.1.2 合金板材的透射电子显微组
• 5.2 合金板材轴向疲劳特性
• 5.2.1 合金板材轴向疲劳强度
• 5.2.2 合金板材的轴向疲劳断口特征
• 5.3 合金板材的裂纹扩展研究
• 5.3.1 合金板材的裂纹扩展测试结果
• 5.3.2 合金板材的裂纹扩展样品断口特征
• 5.4 分析与讨论
• 5.5.1 微量Sc,Zr对2524合金板材显微组织的影响
• 5.5.2 微量Sc,Zr对2524合金板材疲劳性能的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文