Al-L-u-Mg-合金的疲劳性能研
来源:互联网 发布时间:2006/6/22 16:32:35

  Al-Li合金的研制成功被认为是超硬铝发明后的又一重大成就。在铝合金中添加Li可以显著提高合金的弹性模量,而同时又降低密度。用Al-Li合金代替传统的工业铝合金用于飞机结构,能使飞机自身质量降低10%~20%。

  对于Al-Li合金的疲劳行为,已经开展了不少的研究工作,其中多数是研究合金的疲劳裂纹扩展行为,而对合金光滑试样的疲劳行为研究甚少。

  本文研究了Al-Li-Cu-Mg-Zr系8090合金在不同时效状态的显微组织及疲劳性能的影响。并将研究结果与常规时效铝合金的研究结果进行了比较。

  1 试验方法

  试验材料为50mm厚的8090合金热轧板材。合金成分(质量分数,%)为AL-2。43Li-1。17Cu-0。74Mg-0。12Zr-0。09Fe-0。09Si-0。31Ti。固溶处理在空气炉中进行,530℃保温30min后室温水淬,然后立即进行时效。

  测定了合金在不同时效状态的拉伸性能和疲劳性能,并用透射电镜进行显微组织观察,用扫描电镜进行断口观察。

  2 结果及讨论

  根据拉抻试验结果,选择了不同时效状态的合金进行疲劳试验和显微组织及断口分析。表1给出了合金在不同时效状态的拉伸性能数据及相应的工艺。

  由表1可知,在欠时效状态(UA),合金具有较好的强度和塑性配合。随着合金的强度提高,塑性下降,合金在峰值时效状态(PA)强度最高。合金在轻微过时效状态(OA)的强度略有下降。

  测定了合金在不同时效状态的疲劳应力-疲劳寿命曲线。表2给出了合金在5X106循环周次下的疲劳强度(S)以及疲劳强度与抗拉强度的比值(S/Rm)。由表2可知,合金的疲劳强度随着抗拉强度的提高而增加。合金的疲劳强度以及疲劳强度与抗拉强度的比值似PA状态的最高。值得注意的是,合金在OA状态的抗拉强度仅略低于PA状态的,但其疲劳性能却有明显的下降。

  透射电镜组织观察表明,在UA状态,金相组织中可见到高密度含Li相,尺寸十分细小。在PA和OA状态下,含Li相尺寸增加,还可以观察到另外两种时效析出物。而OA状态下三种时效析出物的尺寸都比PA状态的大。

  疲劳断口观察表明,合金在UA和PA状态的断口与拉伸轴呈45度,而在OA状态下断口与拉伸轴垂直。在UA和PA状态的断口表面观察不到疲劳条纹;而在OA状态口可见疲劳条纹,与常规铝合金疲劳断口相心。

  由以上结果可看出,不同时效条件对合金的显微组织有明显影响,过时效会使位错在形变时绕过时效析出物,抑制位错的反向移动,增加疲劳裂纹前端的应力集中,从而增加疲劳裂纹扩展速率。

  2  结论

  时效使合金显微组织发生变化,从而影响合金的疲劳性能。合金在峰值时效状态,不但疲劳强度最高,疲劳强度/拉伸强度的比值亦最高,与常规铝合金有显著区别。过时效会降低合金的疲劳性能。

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