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热处理对Al-Mg-Ce变形铝合金疲劳行为的影响

2020-12-02阅读(687)

热处理对Al-Mg-Ce变形铝合金疲劳行为的影响

论文摘要

铝合金具有密度低、比强度和比刚度高的特点,目前已在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。作为工程结构材料,疲劳断裂是其主要失效方式之一,因此,研究不同处理状态的挤压变形Al-4%Mg-xCe合金的疲劳行为对于该合金在工程实际中的可靠使用以及结构件的安全设计具有重要的理论参考价值和实际指导意义。本文选用Al-4%Mg合金为母合金,向其中分别加入0.3%、0.5%和1.0%的稀土元素Ce,经过熔炼、浇铸、热挤压和热处理,制备了不同加工处理状态的Al-4%Mg-xCe合金。利用金相显微镜对不同加工处理状态的Al-4%Mg-xCe合金进行了显微组织观察与分析,并在不同外加总应变幅下进行了室温低周疲劳实验,确定了热处理对Al-4%Mg-xCe合金的疲劳变形和断裂行为的影响规律。显微组织观察表明,固溶态Al-4%Mg-xCe合金的第二相数量减少;固溶+时效态Al-4%Mg-xCe合金有弥散的第二相在晶粒内部和晶界上析出;时效态Al-4%Mg-xCe合金弥散析出的第二相更多,第二相尺寸更小。疲劳实验结果表明,不同加工处理状态的Al-4%Mg-xCe合金可表现为循环应变硬化、循环稳定和循环应变软化,主要取决于外加总应变幅的高低以及热处理方式;与挤压态Al-4%Mg-0.3%Ce合金相比,固溶处理的Al-4%Mg-0.3%Ce合金的疲劳寿命在较高和较低外加总应变幅下可得到一定程度的提高;对于Al-4%Mg-0.5%Ce合金和Al-4%Mg-1.0%Ce合金,经过热处理后,其疲劳寿命均有不同程度的提高;不同加工处理状态的Al-4%Mg-xCe合金的塑性应变幅、弹性应变幅与断裂时的载荷反向周次之间均分别服从Coffin-Manson和Basquin公式;不同加工处理状态的Al-4%Mg-xCe合金在较高的外加总应变幅下疲劳变形时,其循环滞后回线上出现了锯齿状起伏的现象,说明合金在疲劳变形期间发生了动态应变时效。疲劳断口分析结果表明,不同加工处理状态的Al-4%Mg-xCe合金在疲劳加载条件下,裂纹均是以穿晶方式萌生于试样表面,并以穿晶方式扩展。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 铝-镁系变形铝合金的特点与应用
  • 1.1.1 铝-镁系变形铝合金的特点
  • 1.1.2 铝-镁系变形铝合金的应用
  • 1.2 铝-镁系变形铝合金中镁及稀土元素的作用
  • 1.2.1 合金元素镁的作用
  • 1.2.2 稀土元素的作用
  • 1.3 铝-镁系变形铝合金的热处理
  • 1.3.1 退火
  • 1.3.2 固溶处理与时效
  • 1.4 变形铝合金的疲劳
  • 1.4.1 疲劳概述
  • 1.4.2 铝合金疲劳行为的研究
  • 1.4.3 影响铝合金疲劳行为的因素
  • 1.5 本课题的提出及意义
  • 第二章 实验材料设备及方法
  • 2.1 实验材料及设备
  • 2.1.1 实验材料
  • 2.1.2 实验设备
  • 2.2 实验内容及方法
  • 2.2.1 Al-4%Mg-xCe合金的熔炼
  • 2.2.2 Al-4%Mg-xCe合金的热挤压
  • 2.2.3 Al-4%Mg-xCe合金的热处理
  • 2.2.4 Al-4%Mg-xCe合金的微观组织观察
  • 2.2.5 Al-4%Mg-xCe合金的疲劳行为研究
  • 2.2.6 Al-4%Mg-xCe合金的断口形貌观察
  • 2.2.7 Al-4%Mg-xCe合金的位错亚结构观察
  • 第三章 实验结果分析与讨论
  • 3.1 不同状态Al-4%Mg-0.3%Ce铝合金的组织及疲劳行为
  • 3.1.1 不同状态Al-4%Mg-0.3%Ce铝合金的显微组织
  • 3.1.2 不同状态Al-4%Mg-0.3%Ce铝合金的循环应力响应行为
  • 3.1.3 不同状态Al-4%Mg-0.3%Ce铝合金的疲劳寿命行为
  • 3.1.4 不同状态Al-4%Mg-0.3%Ce铝合金的循环应力-应变行为
  • 3.1.5 不同状态Al-4%Mg-0.3%Ce铝合金的循环滞后回线
  • 3.1.6 不同状态Al-4%Mg-0.3%Ce铝合金的疲劳断口形貌
  • 3.2 不同状态Al-4%Mg-0.5%Ce铝合金的组织及疲劳行为
  • 3.2.1 不同状态Al-4%Mg-0.5%Ce铝合金的显微组织
  • 3.2.2 不同状态Al-4%Mg-0.5%Ce铝合金的循环应力响应行为
  • 3.2.3 不同状态Al-4%Mg-0.5%Ce铝合金的疲劳寿命行为
  • 3.2.4 不同状态Al-4%Mg-0.5%Ce铝合金的循环应力-应变行为
  • 3.2.5 不同状态Al-4%Mg-0.5%Ce铝合金的循环滞后回线
  • 3.2.6 不同状态Al-4%Mg-0.5%Ce铝合金的疲劳断口形貌
  • 3.3 不同状态Al-4%Mg-1.0%Ce铝合金的组织及疲劳行为
  • 3.3.1 不同状态Al-4%Mg-1.0%Ce铝合金的显微组织
  • 3.3.2 不同状态Al-4%Mg-1.0%Ce铝合金的循环应力响应行为
  • 3.3.3 不同状态Al-4%Mg-1.0%Ce铝合金的疲劳寿命行为
  • 3.3.4 不同状态Al-4%Mg-1.0%Ce铝合金的循环应力-应变行为
  • 3.3.5 不同状态Al-4%Mg-1.0%Ce铝合金的循环滞后回线
  • 3.3.6 不同状态Al-4%Mg-1.0%Ce铝合金的疲劳断口形貌
  • 3.4 讨论
  • 3.4.1 位错亚结构分析
  • 3.4.2 动态应变时效现象
  • 3.4.3 低周疲劳裂纹萌生和扩展行为
  • 第四章 结论
  • 参考文献
  • 在学研究成果
  • 致谢

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