高強(qiáng)7075鋁合金疲勞損傷微觀機(jī)理和循環(huán)形變特性的研究.pdf

1、7075鋁合金因具有高的比強(qiáng)度、剛度和較好的抗應(yīng)力腐蝕能力成為航空航天和高速交通領(lǐng)域關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的優(yōu)選材料。由于這些結(jié)構(gòu)件長(zhǎng)期處于循環(huán)交變載荷服役條件，故而對(duì)該合金的疲勞損傷和循環(huán)形變特性進(jìn)行研究尤顯重要。
　　本文對(duì)7075合金進(jìn)行三種不同中間熱處理工藝，獲得三種不同組織性能的材料，分別為7075-T651、7075-T6和7075-H112合金。通過(guò)金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)觀測(cè)三種合金的微觀形貌

2、和原始組態(tài)，并探究7075-T651合金循環(huán)形變性能和疲勞損傷特性的微觀機(jī)理，獲得如下結(jié)果:
　　(1)經(jīng)過(guò)T651、T6和H112熱處理態(tài)下的7075合金具有各自不同的微觀組織形貌和性能特征。7075-T651和7075-T6合金有密集均勻分布的析出相，H112基體析出相細(xì)而稀疏，顯微強(qiáng)度也較低。
　　(2)經(jīng)過(guò)熱擠壓排材并預(yù)拉伸工藝的7075-T651合金有明顯優(yōu)異性能。通過(guò)原始組態(tài)觀察和物相分析發(fā)現(xiàn)，該合金基體上彌散分

3、布著細(xì)小的MgZn2，同時(shí)存有Al7Cu2Fe，以及富Si氧化物顆粒。
　　(3)7075-T651合金斷裂方式為P-V曲線(xiàn)Ⅰ型，其斷裂韌性KIC為41.59MPa.m1/2。L-T取向的斷口上有顯見(jiàn)的撕裂棱和韌窩，韌窩大而深且無(wú)規(guī)則排列。
　　(4)通過(guò)靜載拉伸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)T651熱處理態(tài)下的7075鋁合金材料具有較高抗拉強(qiáng)度529 MPa和屈服強(qiáng)度450 MPa，有較大延伸率(10％)和斷面收縮率(6.8％)，塑性容積量高，

4、但外載荷高于一定數(shù)值時(shí)同樣具有發(fā)生短時(shí)斷裂失效傾向。
　　(5)7075-T651合金材料具有超高疲勞壽命，在小應(yīng)力循環(huán)加載下(60％σy、70％σy)試樣顯現(xiàn)高壽命周期;隨著恒定應(yīng)力增大（80％σy、90％σy），試樣較早進(jìn)入循環(huán)飽和區(qū)域進(jìn)而斷裂失穩(wěn)。
　　(6)7075-T651合金材料在循環(huán)載荷作用初期基體無(wú)明顯塑性變形，裂紋長(zhǎng)度小，試樣表面有效承載面積大，裂紋源區(qū)呈現(xiàn)類(lèi)似解理斷裂的花樣特征。循環(huán)加載后，裂紋擴(kuò)展時(shí)，由

5、于位錯(cuò)反復(fù)滑移過(guò)程中的可逆性，斷口呈現(xiàn)典型的溝槽花樣特征。疲勞后期，隨裂紋長(zhǎng)度增加，擴(kuò)展速率增大，位錯(cuò)可逆滑移距離遠(yuǎn)小于裂紋擴(kuò)展距離，瞬斷區(qū)域更接近靜態(tài)拉伸斷口形貌，有明顯韌窩斷口特征。
　　(7)7075-T651合金有明顯微孔擴(kuò)展聚集聚合斷裂模式，以晶內(nèi)微孔聚合為主。基體內(nèi)富含F(xiàn)e、Si的第二相粒子和晶界與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)作用導(dǎo)致這一機(jī)制產(chǎn)生。MgZn2、A17Cu2Fe以及富Si氧化物顆粒阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，造成位錯(cuò)塞積，局部應(yīng)力增