AZ80镁合金负重轮疲劳性能研究

摘要

负重轮作为履带车辆的主要组成部件，对履带式车辆的安全性、舒适性、平稳性起着决定性作用，因此可以通过降低负重轮的重量来达到武器系统轻量化设计的目的，镁合金因其优越的性能作为生产负重轮的首选材料。在行驶过程中负重轮受到多种交变载荷的作用，而这种载荷的作用易引起构件疲劳失效，所以提高镁合金负重轮的疲劳性能、增加其疲劳寿命是促进负重轮广泛应用的必要前提，而成形工艺直接影响着负重轮的性能，因此针对提出的径向-反向复合挤压工艺，系统分析研究该工艺成形的AZ80镁合金负重轮的疲劳性能，对成形工艺的改进以及促进镁合金负重轮的应用具有显著的实际意义。
　　本文首先简单介绍了成形负重轮的新工艺——径向-反向复合挤压工艺的工艺流程，其次在负重轮壁部和底部平行挤压方向截取试样，使用ZEISS金相显微镜观察其显微组织，利用INSTRON3382试验机进行拉伸试验。最后在负重轮的壁部沿挤压方向截取试样，采用INSTRON8801试验机进行高周疲劳试验和裂纹扩展速率试验，测试其疲劳强度和断裂韧性，并利用SU5000扫描电镜对疲劳裂纹断口形貌进行分析。
　　AZ80镁合金负重轮壁部和底部的晶粒细小呈等轴状，壁部第二相析出呈点状、棒状和片层状，底部第二相析出呈颗粒状。壁部试样抗拉强度为301Mpa，延伸率为9.8％，底部试样的抗拉强度为285Mpa，延伸率为9.3％。结果表明壁部强度偏大、塑性较好，相差百分比分别为5.3％、5.1％。说明该新工艺成形的负重轮实现了壁部和底部的组织性能均匀化。
　　高周疲劳试验结果表明:绘制S-N曲线和利用公式计算后均可得负重轮壁部的疲劳强度值约为102Mpa，与曾荣昌等的研究相比，疲劳强度值提高10Mpa左右，说明径向扩-收复合挤压工艺可以改善负重轮的疲劳强度。从断口形貌可知:裂纹萌生于试样表面;扩展区存在疲劳辉纹、二次裂纹、解理台阶及羽毛状花样形貌;瞬断区存在二次裂纹、韧窝、解理及准解理台阶和撕裂棱形貌。
　　裂纹扩展试验结果表明:采用COD法测定的试样断裂韧性值KIC=10.01MPa√m。从da/dN-△K曲线可得，过时效处理使负重轮抵抗裂纹扩展的能力降低。从断口形貌可以看出:疲劳断口呈多源萌生，过时效试样的预制裂纹源区呈光滑平整形貌，峰值时效试样呈河流状类解理形貌;与峰值时效试样相比，过时效试样扩展区的疲劳条带扩展痕迹间隔较大，瞬断区的韧窝少且浅，说明过时效处理后负重轮的疲劳寿命降低。

目录

声明

摘要

1．1．1 镁合金的发展及应用

1．1．2 镁合金成分对性能的影响

1．1．3 铸造镁合金性能

1．1．4 变形镁合金性能

1．2 镁合金断裂机理及其影响因素

1．2．1 镁合金疲劳断裂机理

1．2．2 镁合金疲劳性能影响因素

1．3 负重轮轻量化趋势及疲劳性能研究现状

1．3．1 镁合金在负重轮轻量化中的应用

1．3．2 车轮的成形技术研究

1．3．3 车轮疲劳性能的研究现状

1．4 本课题研究的意义及内容

1．4．1 本课题研究的背景和意义

1．4．2 本课题研究内容

第二章 试验材料及分析方法

2．1 试验材料及成形工艺

2．2 试验方法

2．2．1 热处理工艺

2．2．2 力学性能测试

2．2．3 疲劳试验

2．2．4 分析测试手段

2．3 本章小结

第三章 负重轮高周疲劳性能研究

3．1 负重轮组织性能分析

3．1．1 显微组织分析

3．1．2 拉伸试验分析

3．2 疲劳试样及相关参数

3．3 试验结果分析

3．3．1 疲劳强度的测定与分析

3．3．2 S-N曲线的绘制与分析

3．4 断口分析

3．4．1 宏观断口分析

3．4．2 微观断口分析

3．5 本章小结

第四章 负重轮疲劳裂纹扩展行为分析

4．1 试样及相关参数

4．2 断裂韧性的测试及分析

4．3 疲劳裂纹扩展速率试验方法及分析

4．3．1 测试方法

4．3．2 实验结果分析

4．4 断口分析

4．4．1 宏观断口形貌分析

4．4．2 微观断口形貌分析

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢