高强高韧7050铝合金厚板的疲劳与断裂行为研究

摘要

7050铝合金具有较高的强度、较好的断裂韧性、较满意的抗应力腐蚀性能和良好的淬透性，是目前综合性能很好的铝合金之一。在同时要求具有高强度、抗应力腐蚀和断裂性能的航空材料场合，7050铝合金是第一选择。
　　本论文采用拉伸力学性能测试、疲劳寿命试验、裂纹扩展速率测试以及断裂韧性测试，利用金相显微镜、透射电子显微分析(TEM)、扫描电子显微分析(SEM)以及EBSD观察，研究了不同热处理状态(T6、T74、RRA)和不同厚度(35mm和160mm)下7050铝合金厚板的微观组织、疲劳特性、疲劳裂纹扩展速率以及该合金的断裂韧性。得出的结论如下:
　　1.RRA态合金晶内为弥散可切过的粒子，和T6峰时效态合金相似。晶界析出相在回归阶段持续长大，最终晶界微观组织和T74过时效态合金相似，PFZ宽度小于T74态。热处理制度对7050铝合金厚板的力学性能有重要的影响，RRA回归再时效、T6峰时效、T74过时效三种热处理状态下的拉伸强度的高低次序为:T74＜T6＜RRA，RRA态与T6态试样的力学性能相差不大。
　　2.7050-T74铝合金厚板的疲劳强度为260MPa。应力幅值越大，裂纹源距材料的自由表面越近，无辉纹区域的面积也越小;裂纹扩展区中疲劳辉纹的间距、裂纹扩展速率以及疲劳断口上瞬断区占总断面面积的比例也越大。
　　3.RRA态7050铝合金裂纹倾向于晶内曲折扩展，其疲劳裂纹扩展抗性高于T74态试样。160mm7050铝合金板材再结晶程度高，晶粒粗大，虽强度较低，但疲劳裂纹扩展速率显著低于35mm板材。合金板材在同一厚度处，其裂纹扩展速率具有明显的各向异性，T-L取向的裂纹扩展速率明显大于L-T取向的裂纹扩展速率。应力比R对疲劳裂纹扩展行为有显著影响:较高应力比下的疲劳裂纹扩展速率要高于较小应力比下的疲劳裂纹扩展速率，前者有较小的疲劳裂纹门槛值且在较低的ΔK下裂纹扩展进入快速断裂阶段。
　　4.过时效状态7050铝合金的断裂方式以粗大第二相粒子引起的韧窝断裂为主。粗大的第二相恶化合金的断裂韧性，在断裂过程中容易成为裂纹的核心，促进合金的断裂。160mm厚度板材断裂韧性小于35mm板材在于前者再结晶大角度晶界恶化合金的断裂韧性，促进合金的断裂。在断裂韧性试验过程中，该合金板材的断裂机制主要包括穿晶韧窝开裂和沿晶断裂两种。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 7xxx系高强高韧合金发展概况

1．2 7xxx系高强高韧铝合金的析出相及沉淀顺序

1．2．1 GP区

1．2．2 η’相

1．2．3 η相

1．3 7xxx系高强高韧铝合金的热处理工艺

1．4 7050铝合金厚板研究进展

1．5 铝合金的疲劳性能

1．5．1 疲劳裂纹萌生机制

1．5．2 裂纹扩展过程中的闭合效应

1．6 7xxx铝合金的断裂韧性

1．6．1 断裂韧性的概述

1．6．2 影响高强高韧铝合金断裂韧性的因素

1．7 7xxx铝合金存在的问题和研究趋势

1．8 本论文研究的目的和主要内容

第二章 材料制备与实验方法

2．1 材料制备

2．2 实验方法

2．2．1 拉伸力学实验

2．2．2 疲劳寿命试验

2．2．3 疲劳裂纹扩展速率试验

2．2．4 断裂韧性试验

2．2．5 金相组织观察

2．2．6 透射电子显微观察

2．2．7 扫描电子显微观察

2．2．8 EBSD分析

第三章 7050铝合金厚板的拉伸力学性能和显微组织

3．1 7050铝合金厚板的拉伸力学性能

3．1．1 不同热处理状态下7050铝合金厚板拉伸力学性能

3．1．2 不同厚度下7050-T74铝合金厚板拉伸力学性能

3．2 7050铝合金厚板的显微组织

3．2．1 金相组织

3．2．2 透射电子显微分析

3．2．3 扫描电子显微分析

3．3 分析与讨论

3．3．1 不同热处理状态对7050铝合金厚板强度的影响

3．3．2 不同厚度的7050-T74铝合金板材强度差异分析

3．4 本章小结

第四章 7050-T74铝合金厚板的疲劳寿命及断口特征研究

4．1 7050-T74铝合金厚板的疲劳寿命

4．2 不同应力幅值下7050-T74铝合金厚板疲劳裂纹源区特征

4．3 不同应力幅值下7050-T74铝合金厚板的疲劳裂纹扩展形貌

4．4 本章小结

第五章 7050铝合金厚板的疲劳裂纹扩展行为及断口特征研究

5．1 不同热处理状态下7050铝合金厚板的疲劳裂纹扩展行为

5．1．1 RRA态和T74态下7050铝合金疲劳裂纹扩展速率

5．1．2 RRA和T74态下7050铝合金厚板第Ⅱ阶段的疲劳裂纹扩展路径

5．1．3 RRA和T74态下7050铝合金厚板疲劳裂纹扩展断口形貌

5．2 不同厚度下7050-T74铝合金厚板的疲劳裂纹扩展行为

5．2．1 35mm和160mm厚度下7050-T74铝合金板材的疲劳裂纹扩展速率

5．2．2 35mm和160mm厚度下7050-T74铝合金厚板的疲劳裂纹扩展断口形貌

5．3 不同取向下7050-T74铝合金厚板的疲劳裂纹扩展行为

5．4 不同应力比下7050-T74铝合金厚板的疲劳裂纹扩展行为

5．5 分析与讨论

5．5．1 热处理状态对疲劳裂纹扩展速率的影响

5．5．2 不同厚度下7050-T74铝合金厚板裂纹扩展速率的差异分析

5．6 本章小结

第六章 7050-T74铝合金厚板的断裂韧性及断口特征研究

6．1 不同厚度7050-T74铝合金厚板的断裂韧性KIC

6．2．不同厚度7050-T74铝合金厚板断裂韧性的断口形貌

6．3 分析与讨论

6．4 本章小结

第七章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢