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《西安工业大学》 2012年
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新型铸造铝基合金热暴露组织与疲劳性能研究

杨伟  
【摘要】:材料的组织稳定性与疲劳性能是保证材料高温服役可靠性的基础。为了研究新型铸造铝基合金的热稳定性和疲劳特性,本文综合采用热曝露、显微组织分析、力学性能和疲劳曲线测试手段研究了三种不同Cu含量的Al-13Si-xCu-1.0Mg-2.0Ni合金经过固溶时效热处理后,再350℃和400℃热曝露不同时间(0h~1000h)的显微组织、室温与350℃高温力学性能和室温疲劳性能。结果表明: 随着热暴露时间的延长,Al-13Si-xCu-1.0Mg-2.0Ni合金的抗拉强度明显下降,而延伸率明显提高,但强度迅速降低与延伸率迅速提高所对应的热暴露时间并不一致。在热暴露10h内,强度迅速降低;热暴露10h时,含5%Cu合金的室温和高温抗拉强度由358MPa和85MPa下降至210MPa和50MPa:超过10h后,强度趋于稳定;热暴露0h~100h间,合金的延伸率迅速提高;热暴露100h时,含5%Cu合金的室温和高温延伸率由0.5%和2.5%提高至2.8%和8.9%,并趋于稳定。400℃C热暴露该合金的剩余强度比350℃C热暴露的高15MPa左右。Al-13Si-xCu-1.0Mg-2.0Ni合金热暴露后剩余强度由高到低的顺序为Al-13Si-4.0Cu-1.0Mg-2.0NiAl-13Si-5.0Cu-1.0Mg-2.0NiAl-13Si-3.0Cu-1.0Mg-2.0Ni。 随着热暴露时间延长,Al-13Si-5.OCu-1.0Mg-2.0Ni合金组织中的初生硅长大,共晶硅基本没有变化,对合金的剩余强度影响不天;合金中的Q相逐渐聚集长大,对合金剩余强度影响较大:合金中富铜相经过0"→+θ→叶0的转变,使合金相结构发生了变化,是合金强度下降的最主要原因。 通过利用成组法和升降法拟合试验合金的疲劳S-N曲线,得到合金疲劳极限S-1Al-13Si-3.0Cu-1.0Mg-2.0Ni合金S-1=102.8MPa,Al-13Si-4.0Cu-1.0Mg-2.0Ni合金为S.1=95.9MPa,Al-13Si-5.0Cu-1.0Mg-2.0Ni合金S-1=92.8MPa。合金疲劳断口分为三个区域:疲劳源区、裂纹扩展区、瞬断区。疲劳裂纹区呈贝纹状,裂纹扩展区出现疲劳条带。在相同时间400℃热暴露合金的疲劳极限比350℃热暴露的高5MPa左右。 裂纹源主要是由试样表面的第二相位错塞积形成的应力集中所造成的,同时试样的铸造缺陷、表面光洁度和同轴度造成的应力集中对裂纹形成有较大的影响。因此,通过减少铸造缺陷或者提高固溶温度和延长固溶时间减少合金大尺寸第二相粒子来减少裂纹源,也可以通过提高合金试样的表面光洁度和同轴度来减少裂纹源,提高合金的疲劳寿命。
【学位授予单位】:西安工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG292

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