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《中南大学》 2010年
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2xxx航空铝合金的疲劳与断裂行为研究

陈圆圆  
【摘要】: 本论文通过轴向疲劳试验和裂纹扩展速率测试以及断裂韧性测试,利用金相显微镜、XRD、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)以及EBSD观察,系统研究了2197和2524合金的疲劳裂纹萌生和扩展行为以及2197合金的断裂韧性,考察了试样取向和时效制度的影响,得到的主要结论如下: (1)2197合金及2524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、第二相粒子/基体界面、表面缺陷处以及晶界。 (2)2197合金及2524合金的疲劳裂纹早期均呈现曲折的扩展,其优先沿有利滑移面扩展,当两个晶粒的有利滑移面一致时,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。 (3)2197合金具有平面滑移特性,并以沿{111}面的穿晶扩展为主,也有沿小角度晶界扩展。可剪切共格相δ′粒子,造成晶内扩展路径曲折。 (4)小颗粒对疲劳条带几乎没有影响;当裂纹遇到大颗粒并绕过其扩展时,颗粒对裂纹有阻碍作用。 (5)2197合金在T6欠时效状态时合金中只有可切割的δ′相和GP区;T6峰时效状态时合金中析出δ′相和T1相,δ′相的数量较T6欠时效状态少,晶界出现无沉淀析出带(PFZ);T8峰时效状态时合金中有最少量的δ′相和最细小弥散的T1相。 (6)L-T、T-L、L+45°三个取样方向的试样在近门槛值区的扩展速率为:L+45°方向稍大,L-T与T-L方向相近;进入Paris扩展阶段以后,三者的扩展速率相近,差别不大;T-L方向在ΔK=23.7MPa×m1/2时进入第三扩展阶段并且更快断裂,L-T方向在ΔK=23.8MPa×m1/2时进入第三扩展阶段并且断裂速率其次,L+45°方向在ΔK=26.5 MPa×m1/2时进入第三扩展阶段并且最慢断裂。 (7)2197合金L-T、T-L、L+45°三个取样方向的闭合效应水平差别不大,这说明取样方向对合金的裂纹扩展和闭合影响不大。 (8)2197合金在T6欠时效、T6峰时效、T8峰时效三种热处理状态下近门槛值区的扩展速率为:T6欠时效T6峰时效T8峰时效;T6欠时效在ΔK=16.8 MPa×m1/2时进入Paris扩展阶段,T6峰时效在ΔK=10.7 MPa×m1/2时进入Paris扩展阶段,T8峰时效在ΔK=10.1MPa×m1/2时进入Paris扩展阶段,且合金在Paris扩展阶段的扩展速率相近,差别不大;T6欠时效在ΔK=28.1 MPa×m1/2时进入第三扩展阶段,T6峰时效在ΔK=30.87 MPa×m1/2时进入第三扩展阶段,T8峰时效在AK=23.8 MPa×m1/2时进入第三扩展阶段。 (9)2197合金中,T6欠时效状态有最曲折的裂纹扩展路径和严重的表面氧化;T6峰时效状态有其次曲折的扩展路径,T8峰时效状态最次。故闭合效应水平:T6欠时效T6峰时效T8峰时效。 (10)取样方向对2197-T8峰时效合金板材的断裂韧性影响不大,断裂韧度值L+45°方向大于L-T取向大于T-L取向。 (11)热处理状态对2197合金板材的断裂韧性影响很大。内韧化和外韧化的综合作用使合金在T6峰时效状态有最好的韧性,T6欠时效状态其次,T8峰时效状态最次。 (12)2197合金的断裂韧度值KIC对应da/dn曲线瞬断时的Kmax,试样厚度的影响使Kmax大于KIC。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG146.21

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