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浏览:- 发布日期:2020-09-15 13:12:54【

陈 涛1,赵路远1,李 慧1,黄 俊(jun)1,2,吴玉程1,2

(合肥工业大学(xue)(xue)(xue)1.材料科学(xue)(xue)(xue)与工程学(xue)(xue)(xue)院;2.安(an)徽省(sheng)有色金(jin)属材料与加工工程实(shi)验室,合肥 230009)

      摘 要:在(zai)不同应(ying)(ying)力(li)(li)幅(fu)下(xia)(xia)(60%σs,70%σs,80%σs,90%σs,σs 为(wei)(wei)试验(yan)(yan)(yan)合(he)金(jin)屈服强度)对 7075GT651铝(lv)合(he)金(jin)进行(xing)了(le)应(ying)(ying)力(li)(li)控(kong)(kong)制下(xia)(xia)的疲(pi)(pi)劳(lao)试验(yan)(yan)(yan),研究了(le)其循(xun)环应(ying)(ying)变响应(ying)(ying),观察了(le)疲(pi)(pi)劳(lao)断口形貌、表(biao)面损伤形貌以(yi)及(ji)显微(wei)组(zu)织,分(fen)(fen)析了(le)疲(pi)(pi)劳(lao)裂(lie)纹的萌生及(ji)扩展机制.结果表(biao)明:试验(yan)(yan)(yan)合(he)金(jin)中析出了(le)微(wei)米级的Al7Cu2Fe颗(ke)粒、纳米级的η′(MgZn2)相(xiang)和尺(chi)寸(cun)较大(da)(da)η(MgZn2)相(xiang),此(ci)外,还存在(zai)尺(chi)寸(cun)为(wei)(wei)3~10nm的细小球状(zhuang) GP区;在(zai)较高(gao)应(ying)(ying)力(li)(li)幅(fu)(80%σs,90%σs)控(kong)(kong)制下(xia)(xia),试验(yan)(yan)(yan)合(he)金(jin)表(biao)现出先软化(hua)后硬(ying)化(hua)直(zhi)至断裂(lie)的疲(pi)(pi)劳(lao)行(xing)为(wei)(wei),而在(zai)较低应(ying)(ying)力(li)(li)幅(fu)(60%σs,70%σs)下(xia)(xia)则先软化(hua)后明显硬(ying)化(hua)并趋于(yu)稳定;试验(yan)(yan)(yan)合(he)金(jin)主要发生微(wei)孔(kong)聚(ju)集韧窝型断裂(lie),在(zai)较高(gao)应(ying)(ying)力(li)(li)幅(fu)下(xia)(xia),裂(lie)纹源(yuan)位(wei)(wei)于(yu)粗(cu)大(da)(da)夹杂物 Al7Cu2Fe和第二相(xiang) MgZn2 处,位(wei)(wei)错大(da)(da)量缠结,而在(zai)低应(ying)(ying)力(li)(li)幅(fu)下(xia)(xia),裂(lie)纹源(yuan)位(wei)(wei)于(yu)基体轻微(wei)撕裂(lie)处,位(wei)(wei)错形态为(wei)(wei)分(fen)(fen)散的短(duan)或长直(zhi)位(wei)(wei)错线.

    关(guan)键词:7075GT651铝合金;显微组织;疲劳断裂行为

    中图(tu)分类号:TG13 文(wen)献标志码:A 文(wen)章编(bian)号:1000G3738(2017)07G0001G05


FatigueFractureBehaviorof7075GT651AluminumAlloyunderStressControl

CHENTao1,ZHAOLuyuan1,LIHui1,HUANGJun1,2,WUYucheng1,2

(1.DepartmentofMaterialsScienceandEngineering;2.AnhuiEngineeringLaboratoryofNonGferrousMetalsandProcessing,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)

    Abstract:Stresscontrolledfatiguetestsatdifferentstressamplitudes,60%,70%,80% and90% ofyield

strength(σs)ofthetestedalloy,respectively,wereconductedon7075GT651aluminum alloy.Thecyclicstrain

responseofthealloywasstudied,thefatiguefracturemorphology,surfacedamagemorphologyandmicrostructure

wereobservedandtheinitiationandpropagationmechanismsoffatiguecrackwereanalyzed.Theresultsshowthat

microGscaleAl7Cu2Feparticles,nanoGscaleη′ (MgZn2 )phaseandrelativelylargesizedη (MgZn2 )phasewere

precipitatedinthetestedalloy.Moreover,fineandsphereGlikeGPzoneswithsizeof3-10nm wereobserved.

Underthecontrolofrelativelyhighstressamplitude(80%σs,90%σs),thetestedalloyshowedafatiguebehaviorof

firstsofteningthenhardeninguntilfracture,whilefirstsofteningthenhardeninguntilbecomingstablerelativelyat

lowstressamplitudes(60%σs,70%σs).Thetestedalloymainlyfracturedinamicroporegathereddimplemanner.

Athighstressamplitude,fatiguecracksinitiatedatthecoarseinclusionofAl7Cu2FeandsecondphaseofMgZn2,

withdislocationtanglingalot.Whereasatlowstressamplitude,thecracksourcewasattheslightlytornpositionof

thesubstrate,andtheproduceddislocationshowedshapesofdispersedshortorlongstraightdislocationlines.

    Keywords:7075GT651aluminumalloy;microstructure;fatiguefracturebehavior


0 引 言

     AlGZnGMgGCu系合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)因(yin)具(ju)有(you)(you)(you)比强(qiang)度高、耐腐蚀性(xing)能(neng)和(he)热(re)(re)加工性(xing)能(neng)好等(deng)优点,被广泛用于(yu)制造飞机、船舶、汽车及铁路车辆等(deng)的结(jie)构件[1G6],在这(zhei)(zhei)些(xie)结(jie)构件 的 断(duan) 裂 失(shi) 效(xiao) 中 疲(pi) 劳(lao)(lao)(lao) 失(shi) 效(xiao) 占 50% ~90%[7].MERATI等(deng)[8]研究(jiu)(jiu)了7075GT6和(he)7079GT6铝(lv)(lv)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)疲(pi)劳(lao)(lao)(lao)性(xing)能(neng)和(he)显微(wei)组织(zhi)(zhi)(zhi)的关系,发(fa)现(xian)(xian)在循环载(zai)荷(he)作(zuo)用下疲(pi)劳(lao)(lao)(lao)裂纹(wen)易萌(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)粗大的第二(er)相颗(ke)粒处(chu),并在位错塞积作(zuo)用下颗(ke)粒自身发(fa)生(sheng)(sheng)断(duan)裂或(huo)与基体脱黏导(dao)致微(wei)裂纹(wen)产生(sheng)(sheng).周昆等(deng)[9]发(fa)现(xian)(xian)7075GRRA 铝(lv)(lv)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的低周疲(pi)劳(lao)(lao)(lao)裂纹(wen)主(zhu)要(yao)萌(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)滑移带,或(huo)者析(xi)出(chu)物(wu)与基体交界处(chu).然而(er)材料的疲(pi)劳(lao)(lao)(lao)断(duan)裂既与其(qi)加载(zai)条件有(you)(you)(you)关,又(you)受其(qi)显微(wei)组织(zhi)(zhi)(zhi)影响,为(wei)了探(tan)究(jiu)(jiu)这(zhei)(zhei)三者之间(jian)的关系,作(zuo)者选用 T651热(re)(re)处(chu)理的7075铝(lv)(lv)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(一种具(ju)有(you)(you)(you)代表(biao)性(xing)的 AlGZnGMgGCu系合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)),在应(ying)力控制下对其(qi)进行了疲(pi)劳(lao)(lao)(lao)试验,观察了疲(pi)劳(lao)(lao)(lao)断(duan)口形貌和(he)显微(wei)组织(zhi)(zhi)(zhi),分析(xi)了疲(pi)劳(lao)(lao)(lao)断(duan)裂行为(wei),以期(qi)对该合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)显微(wei)组织(zhi)(zhi)(zhi)和(he)性(xing)能(neng)有(you)(you)(you)更全面的认识(shi),为(wei)该合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的应(ying)用提供可靠(kao)依据(ju).

1 试样制备与试验方法

     试(shi)验用7075铝合(he)(he)金由西南铝业提供,其化学成分如(ru)表1所示.先(xian)将(jiang)该合(he)(he)金坯料(liao)加(jia)热(re)至(zhi)420℃,再(zai)用12500t挤(ji)压(ya)机挤(ji)压(ya)成尺寸为110mm×130mm×230mm 的块状铸锭;将(jiang)铸锭加(jia)热(re)至(zhi)470 ℃保温(wen)2h后水(shui)(shui)淬,随后进(jin)行120 ℃×24h的时效处理(水(shui)(shui)淬),最后 进(jin) 行 预(yu) 拉(la) 伸(变 形 量 2%),得 到 试(shi) 验 用 7075GT651铝合(he)(he)金.

表1 7075铝合金的化学成分(质量分数)


    根据(ju) GB/T228-2002,在(zai)试(shi)(shi)验(yan)(yan)合金(jin)上加工出(chu)?8mm×40 mm 的(de)(de)(de)拉(la) 伸 试(shi)(shi) 样,在(zai) MTSLandmark250KN 型电(dian)(dian)液(ye)(ye)伺服试(shi)(shi)验(yan)(yan)机(ji)上进行静载拉(la)伸试(shi)(shi)验(yan)(yan),拉(la)伸速度(du)(du)为(wei)2mm??min-1,测(ce)得其抗拉(la)强度(du)(du)σb、屈服强度(du)(du)σs、伸长率 A、断(duan)面(mian)收缩率 Z 分(fen)别为(wei) 529 MPa,450MPa,10%,6.8%.根据(ju) GB/T4337-2008,将 试(shi)(shi) 验(yan)(yan) 合 金(jin) 加 工 成?6.5mm×28mm 的(de)(de)(de)疲(pi)劳(lao)试(shi)(shi)样,利用(yong) MTSLandmark250KN 型电(dian)(dian)液(ye)(ye)伺服试(shi)(shi)验(yan)(yan)机(ji)在(zai)室温下进行应力控制下的(de)(de)(de)疲(pi) 劳(lao) 试(shi)(shi) 验(yan)(yan),采 用(yong) 正 弦 波 加 载,应 力 幅 分(fen) 别 为(wei)60%σs,70%σs,80%σs,90%σs,频率为(wei)25Hz,应力比为(wei)0.5.用(yong)SU8020型场(chang)发(fa)射(she)扫描(miao) 电(dian)(dian) 镜(SEM)和JEMG2100F型场(chang)发(fa)射(she)透(tou)射(she)电(dian)(dian)镜(TEM)观察(cha)试(shi)(shi)验(yan)(yan)合金(jin)的(de)(de)(de)显微(wei)组织,并用(yong)SEM 附带的(de)(de)(de)能谱仪(EDS)测(ce)析出(chu)相成分(fen).此(ci)外,还用(yong)上述扫描(miao)电(dian)(dian)镜和透(tou)射(she)电(dian)(dian)镜分(fen)别观察(cha)了疲(pi)劳(lao)断(duan)口(kou)、表面(mian)损(sun)伤形貌以及疲(pi)劳(lao)试(shi)(shi)验(yan)(yan)后试(shi)(shi)样的(de)(de)(de)位错组态.透(tou)射(she)电(dian)(dian)镜试(shi)(shi)样先机(ji)械减薄至(zhi)80μm 左右,再在(zai)TenupolG5型电(dian)(dian)解双(shuang)(shuang)(shuang)喷仪上进行双(shuang)(shuang)(shuang)喷,双(shuang)(shuang)(shuang)喷时的(de)(de)(de)电(dian)(dian)压为(wei)15~20V,温度(du)(du)为(wei)-25 ℃,液(ye)(ye)氮冷却,双(shuang)(shuang)(shuang)喷液(ye)(ye)为(wei)30%硝酸+70%甲醇(体积分(fen)数(shu))混合溶液(ye)(ye).

2 试验结果(guo)与(yu)讨(tao)论

2.1 显微组织

图1 7075GT651铝合金粗大析出相的SEM 形貌和 EDS谱

    7075铝(lv)(lv)合(he)(he)金是(shi)一种(zhong)典型的(de)可时效强化型高强铝(lv)(lv)合(he)(he)金,其时效强化相(xiang)(xiang)(xiang)析出(chu)顺序为 α相(xiang)(xiang)(xiang)(过饱和固(gu)溶体)、GP区、η′(MgZn2)相(xiang)(xiang)(xiang) 和 η(MgZn2)相(xiang)(xiang)(xiang).GP区为与(yu)基(ji)体完全共格(ge)的(de)溶质原子偏聚(ju)区,η′相(xiang)(xiang)(xiang)为与(yu)基(ji)体半共格(ge)的(de)亚稳析出(chu)相(xiang)(xiang)(xiang),η相(xiang)(xiang)(xiang)为与(yu)基(ji)体非共格(ge)的(de)平衡析出(chu)相(xiang)(xiang)(xiang)[10G12].由图1可见:7075GT651铝(lv)(lv)合(he)(he)金的(de)显微(wei)组织中(zhong)存(cun)在(zai)大(da)量微(wei)米级无规(gui)则形(xing)状的(de)粗大(da)分(fen)(fen)析出(chu)相(xiang)(xiang)(xiang),析出(chu)相(xiang)(xiang)(xiang)主要沿(yan)轧制(zhi)方向(xiang)分(fen)(fen)布于(yu)晶界处。

图2 7075GT651铝合金的 TEM 形貌

    这(zhei)些粗(cu)大(da)析(xi)出 相(xiang) 与 基(ji) 体 界(jie) 面 处 出 现 明 显 孔 洞,疑 似(si)因腐蚀所致,孔 洞 的(de)(de) 存 在(zai)(zai) 使 得 这(zhei) 些 析(xi) 出 相(xiang) 颗 粒(li) 易剥(bo)落;粗(cu)大(da)析(xi)出相(xiang)中的(de)(de)铝(lv)、铜、铁元素含量(liang)较(jiao)高,应(ying)为 Al7Cu2Fe相(xiang)[13G15].由图2可知,7075GT651铝(lv)合(he)金晶内(nei)或晶界(jie)处析(xi)出大(da)量(liang)长约(yue)(yue)100nm、宽(kuan)约(yue)(yue)20nm 的(de)(de)椭球状或片状η′强化相(xiang)以及少(shao)量(liang)较(jiao)大(da)的(de)(de)板条状η相(xiang),同(tong)时基(ji)体中还存在(zai)(zai)大(da)量(liang)尺(chi)寸为3~10nm 的(de)(de)细小球状GP区.

2.2 循环应变响应

图3 在不同应力幅循环作用下7075GT651铝合金的循环应变

    图3中的应变(bian)(bian)(bian)范(fan)(fan)围为(wei)每(mei)个循(xun)环(huan)周次(ci)中的最(zui)(zui)大(da)和最(zui)(zui)小应变(bian)(bian)(bian)之差.由图3可以看出:7075GT651铝合(he)(he)金在不(bu)同应力(li)幅下有不(bu)同循(xun)环(huan)应变(bian)(bian)(bian)响应,但(dan)无(wu)论应力(li)高低(di),在初始(shi)循(xun)环(huan)周次(ci)条件下,应变(bian)(bian)(bian)范(fan)(fan)围均随(sui)循(xun)环(huan)周次(ci)的增加明显增大(da),即出现了(le)显著的软化(hua)现象;在高应力(li)幅(90%σs,80%σs)下,试验(yan)合(he)(he)金软化(hua)至应变(bian)(bian)(bian)范(fan)(fan)围最(zui)(zui)大(da)值后持(chi)续硬化(hua)直至断裂(lie)失效;而在低(di)应力(li)幅

    (70%σs,60%σs)下,合金在(zai)最初(chu)软化后明显(xian)硬(ying)化随之(zhi)趋于稳定(ding).这种短期且明显(xian)的循(xun)环软化响应与塑性变形在(zai)循(xun)环初(chu)期的快速积累直接相关,而(er)缓慢且长期循(xun)环硬(ying)化稳定(ding)阶段与合金原始显(xian)微组织、粒子与位错(cuo)(cuo)交互(hu)作用、位错(cuo)(cuo)的增殖与湮灭等(deng)位错(cuo)(cuo)密(mi)度动态变化相关.


2.3 疲劳断(duan)口形貌

图4 在80%σs 应力幅循环作用下7075GT651铝合金的疲劳断口形貌

     对7075GT651 铝(lv)合(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)(zai)不(bu)同(tong)应(ying)变(bian)幅下(xia)(xia)进(jin)(jin)行疲(pi)(pi)劳(lao)试验(yan),观(guan)察(cha)其断(duan)(duan)(duan)口(kou)形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)貌发(fa)现:断(duan)(duan)(duan)口(kou)高(gao)(gao)低不(bu)平(ping)且(qie)在(zai)(zai)(zai)瞬断(duan)(duan)(duan)区有(you)大(da)(da)(da)(da)量(liang)的(de)韧窝(wo),因(yin)(yin)此其主(zhu)要(yao)断(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)方(fang)式为(wei)微孔聚集(ji)韧窝(wo)型断(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie);高(gao)(gao)应(ying)力幅(90%σs,80%σs)下(xia)(xia)的(de)疲(pi)(pi)劳(lao)断(duan)(duan)(duan)口(kou)特征极(ji)为(wei)相(xiang)(xiang)(xiang)似,只是(shi)应(ying)力幅越(yue)(yue)(yue)大(da)(da)(da)(da),疲(pi)(pi)劳(lao)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)纹(wen)(wen)的(de)萌生(sheng)(sheng)区和(he)扩展区所占比例越(yue)(yue)(yue)小,疲(pi)(pi)劳(lao)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)纹(wen)(wen)扩展速率越(yue)(yue)(yue)大(da)(da)(da)(da).以80%σs 应(ying)力幅作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下(xia)(xia)的(de)疲(pi)(pi)劳(lao)断(duan)(duan)(duan)口(kou)为(wei)例进(jin)(jin)行分(fen)析.由图4可见:断(duan)(duan)(duan)口(kou)疲(pi)(pi)劳(lao)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)纹(wen)(wen)源周围(wei)(wei)存在(zai)(zai)(zai)显(xian)著的(de)放射线特征,这(zhei)(zhei)是(shi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)纹(wen)(wen)在(zai)(zai)(zai)尖端应(ying)力场(chang)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下(xia)(xia)因(yin)(yin)阻(zu)(zu)力不(bu)同(tong)而发(fa)生(sheng)(sheng)偏(pian)转,沿一(yi)系列(lie)存在(zai)(zai)(zai)高(gao)(gao)度差的(de)宏观(guan)平(ping)面向周围(wei)(wei)扩展,形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)不(bu)同(tong)断(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)面并(bing)相(xiang)(xiang)(xiang)交而成(cheng)的(de);断(duan)(duan)(duan)口(kou)局部(bu)区域出(chu)现了(le)犁沟、凹陷、疲(pi)(pi)劳(lao)台阶、疲(pi)(pi)劳(lao)条(tiao)带和(he)二次裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)纹(wen)(wen)等(deng),这(zhei)(zhei)些疲(pi)(pi)劳(lao)条(tiao)带彼(bi)此平(ping)行,其法线方(fang)向为(wei)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)纹(wen)(wen)扩展 方(fang) 向,且(qie) 间 距 随 着(zhe) 裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie) 纹(wen)(wen) 的(de) 扩 展 而 单(dan) 调 递增(zeng)[16G17];断(duan)(duan)(duan)口(kou)处存在(zai)(zai)(zai)大(da)(da)(da)(da)量(liang)韧窝(wo)或(huo)(huo)孔洞(dong).在(zai)(zai)(zai)循环应(ying)力作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下(xia)(xia),合(he)金(jin)(jin)中的(de)位错大(da)(da)(da)(da)量(liang)增(zeng)殖且(qie)因(yin)(yin)剧烈滑移发(fa)生(sheng)(sheng)堆(dui)积(ji),导致(zhi)脆(cui)性(xing)富铁相(xiang)(xiang)(xiang)发(fa)生(sheng)(sheng)破(po)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)或(huo)(huo)与(yu)基体脱离(li)(li)而形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)许多微小孔洞(dong),或(huo)(huo)在(zai)(zai)(zai)变(bian)形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)较大(da)(da)(da)(da)的(de)区域于 MgZn2 相(xiang)(xiang)(xiang)处产生(sheng)(sheng)许多显(xian)微孔洞(dong).这(zhei)(zhei)些孔洞(dong)在(zai)(zai)(zai)外力的(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下(xia)(xia)不(bu)断(duan)(duan)(duan)长大(da)(da)(da)(da)、聚集(ji)、桥接在(zai)(zai)(zai)一(yi)起形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)纹(wen)(wen)并(bing)不(bu)断(duan)(duan)(duan)扩展,最终形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)韧窝(wo)或(huo)(huo)孔洞(dong).富铁相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)脱离(li)(li)还(hai)导致(zhi)韧窝(wo)或(huo)(huo)孔洞(dong)周围(wei)(wei)存在(zai)(zai)(zai)着(zhe)大(da)(da)(da)(da)量(liang)的(de)解理台阶,降低了(le)合(he)金(jin)(jin)的(de)疲(pi)(pi)劳(lao)性(xing)能.此外,合(he)金(jin)(jin)中弥散分(fen)布的(de)大(da)(da)(da)(da)量(liang)第二相(xiang)(xiang)(xiang)使裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)纹(wen)(wen)扩展时受(shou)到的(de)阻(zu)(zu)力增(zeng)大(da)(da)(da)(da),裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)纹(wen)(wen)与(yu)晶(jing)(jing)界交汇时使晶(jing)(jing)粒(li)变(bian)形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing),导致(zhi)部(bu)分(fen)晶(jing)(jing)粒(li)片层(ceng)断(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie),这(zhei)(zhei)些结果与(yu)他人研究结果相(xiang)(xiang)(xiang)似[18G19].


2.4 表面疲(pi)劳损伤形貌

图5 在不同应力幅循环作用下试样表面的疲劳损伤形貌与析出相 EDS谱

    由(you)图(tu)5可(ke)以看出(chu):在(zai)较低应(ying)(ying)力幅(fu)(fu)(60%σs)循环(huan)作(zuo)(zuo)用下,7075GT651铝合金试样(yang)(yang)表(biao)面出(chu)现了大(da)量垂(chui)直于加载方(fang)向的(de)微(wei)裂(lie)(lie)纹,这种现象在(zai)70%σs 应(ying)(ying)力幅(fu)(fu)下同样(yang)(yang)可(ke)观察(cha)到(图(tu)略);表(biao)面基体(ti)上有(you)粗大(da)颗粒(li)析出(chu),其EDS谱(pu)显示该颗粒(li)为(wei) Al7Cu2Fe;在(zai)80%σs 应(ying)(ying)力幅(fu)(fu)循环(huan)作(zuo)(zuo)用后,试样(yang)(yang)表(biao)面的(de)粗大(da)颗粒(li)开(kai)裂(lie)(lie)或(huo)者与(yu)基体(ti)脱(tuo)黏,这一现象在(zai)90%σs 应(ying)(ying)力幅(fu)(fu)下更为(wei)明显(图(tu)略).


    当(dang)(dang)对合金施加循环(huan)载荷时,位(wei)错在(zai)应(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作用下运动(dong),当(dang)(dang)运动(dong)至夹杂物或(huo)第二(er)相(xiang)处(chu)受阻形(xing)成塞(sai)积(ji)(ji),这些夹杂物或(huo)第二(er)相(xiang)粒(li)(li)(li)子在(zai)交(jiao)变(bian)应(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作用下发生断裂(lie)或(huo)与基(ji)(ji)体(ti)(ti)沿界面(mian)分离,从而导(dao)致裂(lie)纹(wen)的(de)萌生.在(zai)较(jiao)小的(de)应(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)幅循环(huan)作用下,位(wei)错塞(sai)积(ji)(ji)缠结(jie)(jie)少,应(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)集中较(jiao)小,不会导(dao)致硬而脆(cui)的(de) Al7Cu2Fe颗(ke)粒(li)(li)(li)的(de)开裂(lie)或(huo)与基(ji)(ji)体(ti)(ti)脱(tuo)黏,但(dan)是在(zai)局(ju)部区域塑性(xing)变(bian)形(xing)的(de)长久累积(ji)(ji)会导(dao)致基(ji)(ji)体(ti)(ti)出现损伤裂(lie)纹(wen).在(zai)较(jiao)大应(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)幅循环(huan)作用下产生了较(jiao)多(duo)的(de)位(wei)错,位(wei)错在(zai)颗(ke)粒(li)(li)(li)周围塞(sai)积(ji)(ji)缠结(jie)(jie),产生较(jiao)大的(de)应(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)集中,当(dang)(dang)此(ci)应(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)超(chao)过 Al7Cu2Fe颗(ke)粒(li)(li)(li)的(de)断裂(lie)强度时,颗(ke)粒(li)(li)(li)破裂(lie)形(xing)成裂(lie)纹(wen)源;另一方面(mian),当(dang)(dang)应(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)超(chao)过颗(ke)粒(li)(li)(li)与基(ji)(ji)体(ti)(ti)的(de)结(jie)(jie)合强度时颗(ke)粒(li)(li)(li)与基(ji)(ji)体(ti)(ti)脱(tuo)黏,基(ji)(ji)体(ti)(ti)表面(mian)因(yin)此(ci)产生不连续而造成应(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)集中,进(jin)而萌生出疲(pi)劳裂(lie)纹(wen).


2.5 疲劳试验后(hou)的位错组态

图6 在不同应力幅作用下疲劳变形后试样横截面的 TEM 形貌

    由(you)图(tu)6(a)和6(c)可看出,试验合金中位(wei)(wei)(wei)错(cuo)(cuo)(cuo)(cuo)于晶(jing)界处塞积,晶(jing)界具有(you)阻(zu)止(zhi)位(wei)(wei)(wei)错(cuo)(cuo)(cuo)(cuo)直接运动(dong)到相(xiang)(xiang)邻晶(jing)粒的(de)(de)作用.在(zai)低(di)应力(li)幅(fu)(60%σs)循环作用下(xia)产生(sheng)的(de)(de)位(wei)(wei)(wei)错(cuo)(cuo)(cuo)(cuo)呈分(fen)散(san)的(de)(de)短(duan)或长直位(wei)(wei)(wei)错(cuo)(cuo)(cuo)(cuo)线,部(bu)(bu)分(fen)位(wei)(wei)(wei)错(cuo)(cuo)(cuo)(cuo)被析出相(xiang)(xiang)钉(ding)(ding)扎(zha)而(er)弯(wan)曲缠结,且分(fen)布不均匀,如图(tu)6(b)所(suo)示.在(zai)高应力(li)幅(fu)(80%σs)循环作用下(xia),晶(jing)内(nei)位(wei)(wei)(wei)错(cuo)(cuo)(cuo)(cuo)大量增(zeng)殖,位(wei)(wei)(wei) 错(cuo)(cuo)(cuo)(cuo)弹性(xing)应力(li)场增(zeng)强(qiang),致使晶(jing)体(ti)内(nei)的(de)(de)长程内(nei)应力(li)增(zeng)加,晶(jing)界及第二(er)相(xiang)(xiang)粒子对位(wei)(wei)(wei)错(cuo)(cuo)(cuo)(cuo)的(de)(de)钉(ding)(ding)扎(zha)作用加强(qiang),减小了 可动(dong)位(wei)(wei)(wei)错(cuo)(cuo)(cuo)(cuo)的(de)(de)平均可动(dong)自(zi)由(you)程,如图(tu)6(d)所(suo)示;长程内(nei)应力(li)及短(duan)程内(nei)应力(li)的(de)(de)增(zeng)加使位(wei)(wei)(wei)错(cuo)(cuo)(cuo)(cuo)移动(dong)的(de)(de)阻(zu)碍(ai)增(zeng)强(qiang),位(wei)(wei)(wei)错(cuo)(cuo)(cuo)(cuo)局部(bu)(bu)缠结的(de)(de)程度增(zeng)大[20].


3 结 论

    (1)7075GT651 铝 合 金 中 析 出 了 微 米 级 的Al7Cu2Fe颗粒,以及(ji)长约100nm、宽约20nm 的η′(MgZn2)和尺寸(cun)较大的η(MgZn2)弥(mi)散强化相(xiang),此外(wai),基体中还存在尺寸(cun)为3~10nm 的细(xi)小球状 GP区.

    (2)随循环(huan)周次(ci)的增加(jia),在较高应力(li)幅(fu)作用下,7075GT651铝合(he)金表现出先(xian)软化(hua)后硬化(hua)直至断裂的疲劳(lao)行为(wei),而在低应力(li)幅(fu)控制(zhi)下,合(he)金在最初软化(hua)后明(ming)显硬化(hua)最终趋于稳定.

    (3)7075GT651铝(lv)合金的(de)疲劳断(duan)口表面高(gao)低不(bu)平且在瞬断(duan)区有大(da)量的(de)韧窝(wo),其(qi)主要(yao)断(duan)裂方(fang)式为微(wei)孔聚集 韧 窝(wo) 型 断(duan) 裂;在 较 高(gao) 应 力 幅(fu) 作 用(yong) 下(xia),7075GT651铝(lv)合金中的(de)裂纹源位(wei)(wei)于(yu)粗(cu)大(da)析出相(xiang)(xiang) Al7Cu2Fe和 MgZn2 相(xiang)(xiang)处,位(wei)(wei)错大(da)量缠结(jie);而(er)在低应力幅(fu)作用(yong)下(xia),裂纹源位(wei)(wei)于(yu)基(ji)体轻微(wei)撕(si)裂处,位(wei)(wei)错形态为分散的(de)短或长(zhang)直位(wei)(wei)错线.其(qi)他腐(fu)蚀特征基(ji)本相(xiang)(xiang)同,不(bu)同的(de)是以均(jun)匀腐(fu)蚀为主.

    (4)在模拟腐蚀(shi)环境中,TC4合(he)(he)金(jin)、Inconel718合(he)(he)金(jin) 与 HR3C 不(bu) 锈 钢 均(jun) 具 有 比 316L 不(bu) 锈 钢 和316Lmod不(bu)锈钢更好的(de)耐(nai)蚀(shi)性能(neng);钛合(he)(he)金(jin)表(biao)面存在连续(xu)的(de)氧化物(wu)膜,腐蚀(shi)过程以 腐 蚀(shi) 产 物(wu) Fe2O3 和Cr2O3 的(de)沉(chen)积(ji)(ji)为(wei)主(zhu);镍基合(he)(he)金(jin)在腐蚀(shi)初期出现微量的(de)溶解腐蚀(shi),之后以腐蚀(shi)产物(wu)沉(chen)积(ji)(ji)为(wei)主(zhu);HR3C不(bu)锈钢在腐蚀(shi)初期发生了明显(xian)的(de)晶间腐蚀(shi),之后以腐蚀(shi)产物(wu)沉(chen)积(ji)(ji)为(wei)主(zhu).

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