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B93高强铝合金热处理及疲劳断裂行为的研究

蹇海根  
【摘要】:结合高强B93铝合金的国产化研制,利用室温拉伸、金相(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、差热分析和X射线衍射(XRD)等分析手段,研究了不同状态下高强B93合金性能和组织的变化规律,优化了热处理制度。重点研究了B93合金棒材的疲劳性能及断裂行为,采用背散射电子衍射(EBSD)技术研究合金疲劳裂纹扩展过程的晶体学机制。结合工业化生产条件,采用热模拟技术研究了合金的热加工工艺,采用ANSYS有限元模拟与实验的方法研究了合金淬火工艺,制订的热加工与固溶、时效热处理已用于工厂指导该合金的批量生产。论文研究获得以下主要结论: (1)通过对B93合金棒材进行热模拟研究,建立了该合金高温塑性变形流变应力本构方程,确定了合金加工图中不稳定性流变区域,优化了可加工温度和应变速率,获得的最佳工艺参数能为合金棒材大批量工业化生产提供了支持。 (2)对大规格B93合金棒材的淬火温度场进行了有限元模拟,确定棒材的淬透层深度和临界淬火冷却速度,评定了合金棒材的淬火敏感性,建立了大规格B93合金棒材淬火冷却速率-性能-微结构之间关系。 (3)对B93合金棒材的大量疲劳试验数据进行统计分析,计算了B93合金棒材的中值S-N曲线和存活率为99.9%的p-S-N曲线方程,全面了解该合金棒材的综合疲劳性能。 (4)通过疲劳断口形貌观察及疲劳裂纹扩展的EBSD分析,研究了B93合金棒材疲劳裂纹的萌生、扩展以及断裂机制,并从晶体学角度提出了新的疲劳裂纹扩展晶体学模型。 (5)利用ANSYS有限元模拟技术,分析含裂纹的B93合金棒材中的应力分布情况,计算出应力强度因子,结合K判据初步揭示裂纹的运动状态,从而评定B93合金棒材的服役安全可靠性。


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