收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

ZK60和GW103K镁合金高周疲劳行为及其喷丸强化研究

刘文才  
【摘要】:镁合金运动类零部件减重效应大,在交变载荷作用下容易以疲劳方式失效,研究清楚镁合金的疲劳失效行为和提升其疲劳性能意义重大。本文选取商业牌号高强变形镁合金ZK60和新型高强镁稀土合金GW103K为研究对象,首先研究不同状态、不同类型试样的高周疲劳性能和疲劳断裂行为;其次开发适合镁合金喷丸强化的表面处理关键设备;然后表征喷丸处理后合金表面形变层组织、结构和性能特征;再研究喷丸处理合金的高周疲劳性能和疲劳断裂行为;最后尝试解释喷丸强化镁合金机理。 ZK60和GW103K镁合金不同状态、不同类型试样的高周疲劳性能研究结果表明,挤压态高于铸态,时效态高于挤压态,而固溶态低于挤压态。挤压态和挤压+时效态ZK60合金光滑试样的107次疲劳强度分别为140和150MPa;挤压态ZK60合金Kt=2.3和2.7缺口试样疲劳强度Kt.?-1分别为150和160MPa;挤压+时效态ZK60合金Kt=2.3和2.7缺口试样疲劳强度Kt.?-1分别为155和165MPa;而铸态(85MPa)、铸态+T6态(105MPa)、挤压+T4态(110MPa)、挤压+T6态(110MPa)、挤压态(150MPa)、挤压+过时效态(160MPa)、挤压+欠时效态(160MPa)、挤压+峰时效态(165MPa)GW103K合金光滑试样依次具有更高的疲劳强度。同等状态下,GW103K合金的疲劳强度高于ZK60合金。 裂纹复型和疲劳断裂行为研究结果表明,挤压态和挤压+时效态ZK60镁合金光滑试样的疲劳裂纹萌生于试样表面,且只有一个疲劳裂纹源,裂纹从萌生源向试样横截面的对面呈扇形扩展,裂纹萌生寿命远大于扩展寿命;而缺口试样的疲劳裂纹萌生于缺口根部,且有多个裂纹源,裂纹由四周向中心扩展,裂纹萌生寿命远小于扩展寿命。 不同状态GW103K镁合金具有不同的疲劳裂纹萌生、扩展和断裂行为。铸态、铸态+T6态、挤压+T4态和挤压+T6态合金的疲劳裂纹主要萌生于亚表面的气孔或氧化物等缺陷处,疲劳强度由非扩展裂纹决定;挤压态和时效态合金的疲劳裂纹主要萌生于表面挤压条带组织中的粗大晶粒区域,疲劳强度由疲劳裂纹萌生决定;铸态和挤压+T4态合金的疲劳断裂方式以穿晶扩展为主;铸态+T6态和挤压+T6态合金以沿晶扩展为主;挤压态和时效态合金为沿晶和穿晶混合扩展模式。 喷丸处理后ZK60和GW103K镁合金表面变形层微观组织的研究结果表明,随喷丸强度增加,各状态合金的表面变形层深度、微观组织细化程度、显微硬度、残余压应力和表面粗糙度均增加。挤压织构显著弱化。喷丸强度为0.10mmN时,挤压态ZK60和GW103K合金部分晶粒尺寸达到150nm,表面粗糙度Ra约为1?m,变形层显微硬度增幅分别为40和45HV0.05,最大残余压应力分别约为75和120MPa。GW103K合金变形层显微硬度增幅以及最大残余压应力均高于ZK60合金,且疲劳过程中残余压应力松弛幅度更小。 喷丸处理ZK60和GW103K镁合金的疲劳寿命表现出很大的喷丸强度敏感性和过喷效应,高周疲劳寿命随喷丸强度增加先增大,达到一个峰值,然后急剧降低。挤压态和挤压+时效态ZK60合金光滑试样的合适喷丸强度范围为0.02~0.15mmN,缺口试样的合适喷丸强度范围为0.20~0.50mmN;挤压态和挤压+时效态GW103K合金的合适喷丸强度范围为0.05~0.30mmN。 挤压态和挤压+时效态ZK60镁合金光滑试样在最佳喷丸强度0.05mmN条件下,疲劳强度分别提高到180和195MPa,缺口试样分别在最佳喷丸强度0.30和0.40mmN条件下,疲劳强度分别提高到220和240MPa;铸态(0.40mmN)、铸态+T6态(0.50mmN)、挤压态(0.10mmN)、挤压+欠时效态(0.10mmN)、挤压+峰时效态(0.10mmN)、挤压+过时效态(0.10mmN)、挤压+T4态(0.30mmN)和挤压+T6态(0.40mmN)GW103K镁合金光滑试样在各自最佳喷丸强度条件下,疲劳强度分别提高到115、125、215、230、240、205、140和140MPa。时效状态合金喷丸强化效果优于非时效状态合金,缺口试样优于光滑试样,GW103K合金优于ZK60合金。 喷丸后ZK60和GW103K镁合金疲劳断裂行为分析表明,挤压态和挤压+时效态ZK60合金光滑试样的疲劳裂纹萌生源先由表面转移到亚表面,而后又回到表面,裂纹源数量由未喷丸和较小喷丸强度时的单个变为高喷丸强度时的多个;而缺口试样的疲劳裂纹仍萌生于缺口根部,裂纹源数量仍为多个。铸态、铸态+T6态、挤压+T4态和挤压+T6态GW103K合金疲劳裂纹的萌生位置以及扩展行为与喷丸前无明显变化,而挤压态和挤压+时效态合金的裂纹萌生位置则由表面转移到亚表面,挤压态GW103K合金疲劳裂纹主要沿解理面扩展,挤压+时效态合金以剪切韧窝合并方式扩展。所有状态GW103K合金的疲劳裂纹萌生源数量仅为一个,不随喷丸强度变化。 喷丸处理ZK60和GW103K镁合金疲劳性能分析结果表明,喷丸引起合金变形层组织细化、残余压应力和显微硬度的增加有利于提高其高周疲劳性能,而表面粗糙度的增加不利于提高高周疲劳性能。喷丸强度过大时,表面粗糙和微裂纹会降低组织细化、残余压应力和显微硬度的强化效果。 ZK60和GW103K镁合金的拉压疲劳微观变形行为和喷丸强化机理分析表明,拉压疲劳循环过程中,挤压态和挤压+时效态ZK60合金在压缩过程中以孪生变形为主,拉伸过程以去孪或孪生回复为主,存在显著的拉压不对称性和孪生–去孪现象;而挤压态和挤压+时效态GW103K合金在压缩和拉伸过程中均以位错滑移为主,无明显拉压不对称性和孪生–去孪现象。喷丸处理过程中,挤压态和挤压+时效态ZK60合金以位错滑移和孪生为主,而挤压态和挤压+时效态GW103K合金以位错滑移为主。喷丸处理形成的孪晶在随后疲劳循环过程中的去孪会引起残余压应力松弛,同时较高密度的孪晶增加了疲劳裂纹的潜在萌生源,降低喷丸强化效果。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张志华;潘复生;陈先华;王敬丰;;稀土元素对ZK60镁合金组织和性能影响的研究现状[J];热加工工艺;2011年10期
2 李懋廉;王洪琴;贾淑芝;申明阳;;铝—镁合金膜的制备及性质、结构的研究[J];光学精密工程;1986年02期
3 关学丰;;当代镁合金的发展情况[J];材料科学与工程学报;1987年04期
4 ;一种新的镁合金AE42×1[J];轻合金加工技术;1992年07期
5 李玉兰,刘江,彭晓东;镁合金压铸件在汽车上的应用[J];特种铸造及有色合金;1999年S1期
6 文斯雄;镁合金零件局部的抗蚀保护[J];电镀与精饰;1999年05期
7 ;富来远东公司组织镁合金压铸考察团赴德国考察镁合金压铸技术及设备[J];特种铸造及有色合金;2001年01期
8 ;富来远东公司组织镁合金压铸考察团赴德国考察镁合金压铸技术及设备[J];特种铸造及有色合金;2001年S1期
9 ;高强度镁合金[J];有色冶金节能;2001年03期
10 ;新技术与成果[J];中国金属通报;2001年18期
11 李宝东,申泽骥;镁合金铸件表面处理技术现状[J];材料保护;2002年04期
12 王家弟,王业双,卢晨,丁文江;压铸镁合金选择的模糊综合评判方法[J];机械科学与技术;2003年02期
13 李锋,林立,童晓旻,刘正,陈立佳;镁合金及其复合材料超塑性的研究现状[J];铸造;2003年07期
14 何积铨,王湛,张巍,姜佳男,杨振波,李久青;模拟大气环境中加速镁合金电偶腐蚀的研究[J];腐蚀科学与防护技术;2004年03期
15 阎蕴琪;快速凝固镁合金的研发动态[J];稀有金属快报;2004年05期
16 田政,宋波,刘勇兵;AM系镁合金在汽车工业中的应用与发展[J];汽车工艺与材料;2004年07期
17 徐关庆,赵晓宏,付蓉,高宏伟;镁合金汽车零件表面处理技术研究[J];汽车工艺与材料;2004年07期
18 刘志勇,许庆彦,柳百成;压铸工艺对镁合金组织性能影响的研究[J];铸造;2004年08期
19 廖国勇;用普通压铸设备生产镁合金压铸件[J];特种铸造及有色合金;2004年05期
20 季为民;应用半固态射压成型镁合金零件特点及设计要点[J];工程建设与设计;2004年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张文凤;曹辉;郝仪;高波;涂赣峰;;ZK60镁合金强流脉冲电子束表面改性研究[A];2010全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2010年
2 刘川林;曹洋;黄少东;唐全波;赵祖德;;镁合金等温成形工艺的研究及应用[A];2002年材料科学与工程新进展(上)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
3 董青;罗勤;罗斌;江萍;;镁合金碎屑的回收利用[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
4 张娅;曾小勤;卢晨;丁文江;;ZK60-MM镁合金铸态和挤压态组织和性能研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年
5 周学华;卫中领;徐乃欣;陈秋荣;;不同稀土的添加对AZ91D镁合金腐蚀性能的影响[A];2008年全国腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文摘要集[C];2008年
6 李忠盛;杨明波;潘复生;张静;;Zn对Mg-3Al合金铸态组织的影响[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
7 杨成君;肖秀山;汪洋;林贵华;;从重庆长安公司看中国镁的应用技术[A];海峡两岸第二届工程材料研讨会论文集[C];2004年
8 张娅;曾小勤;卢晨;;ZK60-MM镁合金铸态和挤压态组织和性能研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
9 毛萍莉;刘正;王长义;王峰;;挤压态AM30镁合金高速冲击载荷下的失效形式及断裂形貌分析[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
10 李权;彭建;潘复生;;AZ系列镁合金热模拟挤压组织均匀性研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘文才;ZK60和GW103K镁合金高周疲劳行为及其喷丸强化研究[D];上海交通大学;2011年
2 袁传军;铝、锌、镁合金电化学性能及机理研究[D];大连理工大学;2010年
3 邹东利;固溶态AM60B镁合金高速撞击变形及损伤行为[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 李东南;半固态镁合金材料及其制备技术的研究[D];华中科技大学;2004年
5 刘娅莉;镁合金表面处理新方法及纳米改性轿车面漆的研究[D];复旦大学;2006年
6 颜廷亭;AZ31B镁合金的生物医用表面改性研究[D];南京理工大学;2010年
7 贾素秋;镁合金的腐蚀行为与防护[D];吉林大学;2006年
8 李光玉;镁合金表面有机涂层和化学镀层的研究[D];吉林大学;2006年
9 牛丽媛;镁合金锌系复合磷化膜成膜机理、微观结构及性能的研究[D];吉林大学;2006年
10 房灿峰;高性能镁合金电磁改性技术研究[D];大连理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张晓宁;ZK60镁合金往复挤压工艺及其热稳定性的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 周浩;ZK60镁合金等通道角加工组织分析和数值模拟[D];哈尔滨理工大学;2010年
3 张召春;铸态ZK60镁合金锻造及压缩变形规律的研究[D];湖南大学;2006年
4 赵康培;基于数值模拟的镁合金通讯件压铸模具设计[D];哈尔滨理工大学;2004年
5 苏允海;双逆变脉冲磁场作用下镁合金TIG焊[D];沈阳工业大学;2006年
6 毛建军;杂质元素对ZK60镁合金组织与性能的影响[D];重庆大学;2010年
7 杨宁宁;镁合金搅拌摩擦焊接工艺及神经网络预测系统[D];西北工业大学;2005年
8 黄亮;铝和稀土元素对镁合金在NaCl溶液中腐蚀行为的影响[D];中国科学院上海冶金研究所;2001年
9 龙治辉;添加金属锆提高镁合金起燃点的研究[D];重庆大学;2007年
10 刘云静;AZ91D镁合金表面激光改性的组织和性能研究[D];太原理工大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报见习记者 明茜;车用镁合金 星火等待燎原[N];中国汽车报;2005年
2 本报记者 史爱萍;镁合金前景看好 吸引国内优势企业投资[N];中国有色金属报;2006年
3 梁新民;建设镁业基地 打造世界镁都[N];太原日报;2007年
4 孙前;日本三协立山等公司不使用SF6开发镁合金[N];中国有色金属报;2007年
5 董春明;两岸镁协实现互访谋求镁合金更大发展空间[N];中国有色金属报;2003年
6 顾鑫;云海金属募资3.5亿建镁合金项目[N];中国证券报;2009年
7 何金梅;镁合金的主要应用领域[N];中国有色金属报;2002年
8 王祝堂;推广镁合金门窗值得商榷[N];中国有色金属报;2002年
9 ;加强技术集成创新 培育镁合金高新技术产业[N];中国有色金属报;2003年
10 记者 陈岩;新型镁合金产品聚集天津国际自行车展[N];中国有色金属报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978