晶粒尺寸和残余应力对2E12铝合金疲劳性能的影响

摘要

本文利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、背散射电子衍射等检测手段系统地研究了2E12铝合金的微观组织在冷变形、退火过程的演变规律，并讨论了预变形和淬火介质对合金的残余应力的影响，并结合疲劳性能测试，着重探讨了晶粒尺寸和残余应力对合金疲劳性能的影响，得到如下结论:
　　(1)在冷变形的过程中，粗大相与基体发生界面分离，并且逐渐碎化。此外，合金中位错密度显著增加，各亚晶的取向差逐渐增大。
　　(2)在冷变形的过程中，Cube织构和Goss织构逐渐减少，而Brass织构、Copper织构以及S织构逐渐增多。在退火过程中，Cube织构明显增多，Brass织构和S型织构显著减少。立方织构的形成主要遵循定向生长理论。
　　(3)淬火过程中淬火冷却速度越快，合金的表面残余压应力越大。固溶淬火后预轧制变形有利于提高表面残余压应力，而预拉伸变形会降低表面残余压应力。
　　(4)通过改变冷变形与退火工艺，制备出四种不同晶粒尺寸的合金，疲劳性能测试表明，在裂纹扩展门槛值附近，随着晶粒尺寸的增加，裂纹扩展速率逐渐降低。这主要是因为裂纹在粗晶粒合金中的偏折程度较大，导致粗糙度诱发的裂纹闭合。此外，晶粒细化有利于延长合金的疲劳寿命。
　　(5)通过预变形和改变淬火介质获得了两组不同大小表面残余压应力的合金。疲劳性能测试表明，在裂纹扩展中后期，残余压应力增大有利于提高裂纹扩展阻力，而在裂纹扩展门槛值附近，裂纹扩展速率差异很小。一方面是因为在残余应力场的作用下，有效应力比减小，导致裂纹扩展速率会下降。另一方面是因为残余压应力增大塑性诱导的裂纹闭合水平，导致裂纹扩展阻力增大。此外，残余压应力增大有利于延长合金的疲劳寿命。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 2×24铝合金的发展及研究现状

1．3 铝合金冷变形与退火过程中的微观组织演变

1．3．1 铝合金冷变形过程中的微观组织演变

1．3．2 铝合金退火过程中的微观组织演变

1．4 晶粒尺寸对合金的疲劳性能的影响

1．5 残余应力对合金的疲劳性能的影响

1．6 研究的目的及主要内容

第二章 实验方案及实验方法

2．1 研究路线

2．2 实验材料

2．3 合金制备

2．3．1 冷轧变形

2．3．2 固溶处理以及预变形工艺

2．4 性能检测

2．4．1 力学性能测试

2．4．2 疲劳裂纹扩展试验

2．4．3 疲劳寿命测试

2．5 组织分析

2．5．1 示差量热分析

2．5．2 金相分析

2．5．3 扫描电镜分析

2．5．4 织构分析

2．5．5 残余应力检测

2．5．6 背散射电子衍射分析

2．5．7 透射电镜分析

第三章 晶粒尺寸对2E12铝合金疲劳性能的影响

3．1 合金的微观组织在冷变形过程中的演变规律

3．2 合金的微观组织在退火过程中的演变规律

3．3 晶粒尺寸对合金的疲劳性能的影响

3．3．1 合金的微观组织和力学性能

3．3．2 合金的裂纹扩展和裂纹闭合

3．3．3 合金的疲劳裂纹偏转

3．3．4 合金的疲劳寿命

3．4 本章小结

第四章 残余应力对2E12铝合金疲劳性能的影响

4．1 预变形对合金的组织和残余应力的影响

4．2 预变形对合金的疲劳性能的影响

4．2．1 合金的裂纹扩展

4．2．2 合金的瘦劳寿命

4．3 淬火介质对合金的组织和残余应力的影响

4．4 淬火介质对合金的疲劳性能的影响

4．4．1 合金的裂纹扩展

4．4．2 合金的疲劳寿命

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢