高强航空铝合金的疲劳性能与组织研究

摘要

铝及其合金由于密度小、耐腐蚀、断裂韧性好和疲劳强度高等良好特征，而被广泛应用到航空领域。由于飞机金属构件在高温、高压、高速等恶劣环境下工作很容易出现缺陷，导致疲劳失效，造成生命和财产的巨大损失。所以，在疲劳载荷作用下确定构件的疲劳寿命，对飞机用铝合金的设计及制造具有重要的科学指导意义。
　　本试验在室温下利用GPS100型高频疲劳试验机测试1933和1161铝合金的疲劳寿命，得出S-N曲线。疲劳试验载荷为正弦加载，应力比R=0.1。应用SEM、OM、XRD和EDS等分析手段，研究了这两种铝合金的微观组织形貌、疲劳断口形貌以及疲劳裂纹萌生和扩展行为，分析了析出相的成分。研究结果表明:
　　L向、Kt=1、R=0.1时1933铝合金的疲劳极限为315MPa，L向、Kt=3、R=0.1时1933铝合金的疲劳极限为108MPa，LT向、Kt=1、R=0.1时1161铝合金的疲劳极限为298MPa，LT向、Kt=3、R=0.1时1161铝合金的疲劳极限为128MPa。
　　1933和1161铝合金的疲断口分为三部分:疲劳源区、裂纹扩展区、瞬断区。裂纹扩展区存在明显的二次裂纹及疲劳条带，瞬断区存在较多韧窝，表明材料具有良好的塑性，试样失效为典型的疲劳断裂。疲劳裂纹主要起源于试样的表面，因此提高表面的质量可以延缓疲劳裂纹的萌生。
　　应力比对1933和1161铝合金的疲劳寿命有较大的影响。缺口试样的疲劳强度明显低于圆口试样的疲劳强度，说明这两种铝合金具有敏感的缺口效应，因此可以通过减少表面的缺口提高该材料的疲劳强度。
　　大部分析出相粒子尺寸为纳米尺寸范围，并弥散分布在铝合金的基体及晶界上，少量粗大的析出相分布晶界;1933铝合金的主要析出强化相为Mg7Zn3和MgZn。1161铝合金的析出强化相为AlCu和Al3Zr;这些弥散分布的超细晶析出相起到了细晶强化铝合金基体的作用，同时使材料具有良好的抗疲劳性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 铝合金简介

1．2．1 铝合金的分类及应用

1．2．2 铝合金的热处理

1．2．3 1933及1161铝合金简介

1．3 高强航空铝合金的发展及合金化

1．3．1 高强航空铝合金发展与应用

1．3．2 高强航空铝合金合金化元素

1．4 疲劳性能概述

1．4．1 疲劳研究概况

1．4．2 疲劳破坏的原因及特征

1．4．3 疲劳断裂微观机理

1．4．4 提高疲劳强度的方法

1．5 本课题的研究内容和目的

第2章 试验原理及方法

2．1 试验材料及设备

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验设备

2．2 疲劳试验方法

2．2．1 疲劳试验机的操作方法

2．2．2 疲劳极限与S-N曲线的测定

2．3 分析测试手段

2．3．1 金相组织观察

2．3．2 扫描电镜观察

2．3．3 XRD分析

2．4 疲劳断口分析概述

2．4．1 断口的分类

2．4．2 断口的分析技术

第3章 疲劳性能与断口形貌分析

3．1 疲劳性能分析

3．1．1 疲劳试验的原始数据

3．1．2 升降法数据处理

3．1．3 成组法数据处理

3．1．4 S-N曲线的绘制与分析

3．2 疲劳断口分析

3．2．1 断口全貌分析

3．2．2 疲劳断口典型特征

3．2．3 试样异常断裂分析

第4章 组织、成分分析

4．1 组织分析

4．1．1 金相组织

4．1．2 粗大析出相对疲劳断裂的影响

4．2 物相分析

4．3 能谱分析

4．3．1 1933铝合金能谱分析

4．3．2 1161铝合金能谱分析

4．4 TEM分析

第5章 结论

参考文献

致谢