2A97铝锂合金疲劳性能测试与评价

【摘要】：在进入21世纪的今天,随着断裂力学、损伤力学的深入研究,人们对传统的静载、无缺陷材料的认识已相当深刻,因此,疲劳成为导致金属零、构件失效的主要因素之一。对于航天领域广泛使用的铝合金材料,在投入实际使用之前,准确测定其疲劳寿命是我们必需要做的工作。 铝合金在飞机上主要是用作结构材料,如：蒙皮、框架、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱等。80年代由于燃油价格上涨而要求进一步减重；90年代至今,铝合金的发展目标是进一步减重,并进一步提高铝合金的耐久性和损伤容限。例如开发出高强、高韧、高抗腐蚀性能的新型铝合金。在此实验中主要就是研究一种新型的2A97铝合金,其主要成分是Al-Cu-Li-X,它不仅具有高强度、高模量、可含焊性、低比重优点,并在耐热性、抗蚀性等方面优于其它一些铝合金。 本文通过轴向疲劳试验,得到了2A97合金不同轧向以及不同应力系数的试样的疲劳极限和S-N曲线。利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察,系统研究了2A97合金的裂纹萌生和扩展行为以及不同取向的塑性,考察了试样取向的影响,得到主要结论如下： (1)2A97合金长横向(LT向)取样的试样虽然屈服强度比纵向(L向)小,但其塑性要优于L向,而且LT向的疲劳性能更好一些。 (2)2A97合金圆口试样在低应力水平下LT向的条件疲劳极限大于L向,当应力达到某一数值时,L向的条件疲劳极限超过了LT向。 (3)2A97合金的疲劳裂纹主要萌生于试样表面,且萌生于第二相粒子、基体界面、表面缺陷处以及晶界。 (4)2A97合金的疲劳裂纹早期出现偏折的扩展,其优先沿有利滑移面扩展,当两个晶粒滑移面一致时,裂纹不发生偏折；当两个晶粒的有利滑移面存在夹角时,裂纹发生偏折,形成断口的晶体学形貌。 (5)2A97合金具有平面滑移特性,位错可剪切共格相δ粒子,造成晶内扩展路径偏折。其中LT取向的偏折程度要大于L向,造成扩展初期LT向的扩展速率要小于L向。 (6)2A97合金为未再结晶晶粒,析出相主要有δ相、T1相以及θ相。其中,δ相与基体共格,可被位错剪切；T1相是在基体面{111}。面上形成的六角形片状相,与基体半共格,畸变能大,不能被位错切割,位错必须以绕过机制滑移；θ相是在基体{100}。面上形成的片状相,从裂纹扩展来看,这种析出相不利于裂纹偏折和减小累计损伤。