文摘

基于小时间尺度方法,晶界的影响在7050 - t7451的疲劳裂纹增长已被调查。疲劳裂纹之间的相互作用,研究了晶界原位扫描电镜测试。结果表明,疲劳裂纹增长将推迟时,晶界疲劳裂纹和晶界之间的角度大于90度。机理分析表明,疲劳裂纹尖端将无法打开,直到加载达到55%的最大负载,并加载前的疲劳裂纹已经关闭完全没有减少到最小值,导致裂纹生长迟缓。当7050 - t7451铝合金遭受与恒幅疲劳载荷,不稳定的疲劳裂纹增长的行为经常可以观察到的,和结果表明,桥链接机制导致的行为。晶界是容易断裂在疲劳载荷,它成为了疲劳裂纹增长的最佳路径。疲劳裂纹尖端会最终与晶界断裂,导致在不同的加载阶段快速裂纹扩展。

1。介绍

7050 - t7451是一种高强度铝合金被广泛应用于航空航天领域的优良性能,如比强度高,良好的断裂韧性和抗应力腐蚀(1,2]。因为飞机熊复杂载荷的服务,包括机动载荷、加载阵风,和地面载荷,疲劳损伤的累积将出现在7050 - t7451铝合金的结构,这可能导致疲劳断裂,造成灾难性的事故。

从本质上说,7050 - t7451铝合金的疲劳断裂是microdefect的起始和增长的过程。微观结构如晶界和第二阶段发挥重要作用的疲劳裂纹增长。研究人员发现,金属材料的塑性变形是严重受到晶界的影响。坎普et al。3)观察到持续滑移带的穿晶传播阻碍晶界和疲劳裂纹倾向于沿晶界或亚晶粒边界生长。Scharnweber et al。4]分析了晶界的影响在不锈钢、小裂纹扩展和结果表明,晶界的阻碍影响疲劳裂纹增长主要是受到裂纹尖端的塑性区。Holzapfel et al。5)发现,颗粒边界的地下方向是一个重要的因素解释表面裂纹扩展速率。Terentyev和高6)表明,低和高角度晶界表现出脆性裂纹扩展阻力。小王和董7)表明,降水的碳化物在晶界强化晶界和裂纹扩展速率降低。

目前,对晶界的影响研究疲劳裂纹增长主要集中在断口分析和原位测试(8- - - - - -10]。断裂分析可用于分析损伤机制;然而,变形过程加载期间几乎没有反映,它限制了损伤的识别机制。原位测试能够观察整个过程实时的疲劳裂纹增长;然而,现有的方法之间的损伤机制的研究主要集中在成百上千的加载周期,和很少研究关注的行为在一个载荷循环疲劳裂纹增长。最近,一个小时间尺度的方法用于分析疲劳裂纹增长(11)了,它是不同的与现有旋提高精度的方法。这个方法的优势(12),它可用于分析裂纹扩展行为在任何时候即时在一次加载循环。

对高强度铝合金的疲劳断裂是损伤积累的结果制定不同的加载周期(13- - - - - -15,疲劳裂纹增长的行为在一个加载周期确定7050 - t7451铝合金的使用寿命。因此,研究损伤变形更小时间尺度很重要,掌握7050 - t7451铝合金的断裂机理,并有利于预测材料的剩余寿命。

摘要晶界的影响在7050 - t7451铝合金疲劳裂纹增长已经调查基于小时间尺度方法。晶界之间的交互和疲劳裂纹扩展的研究实验中,如缺陷对疲劳裂纹扩展的影响,以及不稳定的行为在一个加载周期疲劳裂纹增长;结果可以提供优化的基础和寿命预测7050 - t7451铝合金。

2。实验

如图1的原位样品宽度 毫米,长度 毫米,厚度 mm是准备,l- - - - - -T是抽样方向。

(一)
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(b)
(b)
图1
样本的几何:(a)样例的设计。(b)制造样本(单位:毫米)。

在实验中使用的材料是7050 - t7451铝合金和材料机械性能表1。

表1
7050 - t7451铝合金的机械性能。

原位测试、疲劳预裂之前完成液压试验机,INSTRON 8801, precrack的最大长度是1毫米。预裂后测试,金相的治疗方法是应用于标本,蚀刻剂是格拉夫萨金特解决方案(1毫升高频,16毫升HNO3、3 g CrO3,83毫升H2O)。

3所示。结果与讨论

如图2(一个),样品夹在原位测试阶段(2000岁以上),和2 KN的最大加载阶段。测试阶段是安装在广达650扫描电子显微镜(SEM),如图2 (b),燃烧室压力小于3×10−2Pa。

(一)
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(b)
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图2
实验平台:(一)原位测试阶段。(b)广达650 SEM。

与恒幅疲劳载荷应用于标本。应力比( )是0.1和最大载荷为1750 N。从扫描电镜,观察到疲劳裂纹开始生长稳定当加载周期到达40岁和疲劳裂纹的微观形态学65周期周期如图3。

(一)
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(b)
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(c)
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图3
疲劳裂纹的微观形态学:(a)在40个周期,在50个周期(b), (c)在65周期。

可以看出,疲劳裂纹不断稳定增长从65年40个循环周期从图3。当疲劳裂纹沿晶界传播我(GB),疲劳裂纹增长速度是5.85 10−4mm /N。如图4(一),疲劳裂纹尖端靠近晶界(1 GB) 77周期。

(一)
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(b)
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图4
疲劳裂纹的微观形态学:(a)在77周期和(b)在99周期。

从图4(一),可以看出疲劳裂纹和GB 1之间的角度大于90度在77周期。载荷循环到达99次时,疲劳裂纹尖端仍呆在GB 1如图4 (b)。从图4 (b),这是观察到裂纹张开位移(COD)进一步增加在99周期,和1 GB的缺陷影响疲劳裂纹增长更加明显。

在99次的加载阶段,微观形态学的疲劳裂纹在不同加载如图5。

(一)
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(b)
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(c)
(c)
(d)
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图5
99年的加载阶段周期,疲劳裂纹在不同荷载水平的微观形态学:(a)在540 N, (b)在960 N, 1380 N (c), (d)在1750 N。

如图5(一个)加载时,疲劳裂纹尖端保持关闭增加到540 N。疲劳裂纹尖端开始打开时加载达到960 N,如图5 (b)。从数据5 (c)和5 (d)可以看出,加载的鳕鱼增加而增加。如图5 (d),当荷载达到1750 N,鳕鱼也达到最大。

从图5,可以看出一些微裂隙出现在面前,主裂纹,它主要在晶界发起的。在拉伸加载下,前面主要裂缝将成为一个高应力集中区域。由于粮食和晶界之间存在不协调变形,一些表现不佳将发起微裂纹在晶界主要裂纹拉伸载荷作用下的前面。

99年的卸载阶段周期,疲劳裂纹在不同荷载水平的微观形态学图所示6。

(一)
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(b)
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(c)
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(d)
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图6
99年的卸载阶段周期,疲劳裂纹在不同荷载水平的微观形态学:(a)在1380 N, (b)在960 N, 750 N (c), (d)在540 N。

如图6,当加载降低了1380 N, 540 N,鳕鱼也下降,疲劳裂纹尖端从开放状态为关闭状态中恢复过来。从图6 (d)可以看出,疲劳裂纹尖端已经关闭,直到加载减少到最低限度。是获得裂纹闭合的加载值是540 N低于裂缝。

当它达到111次,疲劳裂纹已经迅速增长以及GB 1如图7。可以看出,1 GB的疲劳裂纹增长减速33周期加载周期以来的77年。


图7
疲劳裂纹的微观形态学在111周期。

如图7,疲劳裂纹的生长以及GB 1和裂纹尖端接近粮食1在111周期。与此同时,两个新的破解路径发展:第一个路径是沿着GB 2裂纹增长,和第二个路径是裂纹,通过1 GB 3和成长为粮食。

因为疲劳裂纹被从77 GB 1周期推迟几个加载周期,大量的变形能量集中在裂纹尖端的前面。能量达到最大时,疲劳裂纹尖端会突然打开,疲劳裂纹增长迅速沿着1 GB。疲劳裂纹可以通过GB 3和成长为粮食1释放能量的推动;同时,剩余的能量推动了疲劳裂纹增长2 GB。

在112次的加载阶段,微观形态学的疲劳裂纹在不同加载如图8。

(一)
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(c)
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(e)
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(f)
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(h)
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图8
112年的加载阶段周期,疲劳裂纹在不同荷载水平的微观形态学:(a)在175 N, (b)在525 N, (c)在700 N, (d)在875 N, (e)为1050 N, (f)在1225 N, (g)在1400 N, 1750 N (h)。

从数据8(一个)和8 (b)可以看出,疲劳裂纹尖端仍然关闭当加载值小于700 N。如图8 (c),当荷载达到700 N时,疲劳裂纹尖端开始开放。从数据8 (d)和8 (e)可以看出,鳕鱼的增量荷载增加,和4 GB的骨折可以观察到裂纹尖端的前面。

如数据所示8 (f)和8 (g)负荷达到1225 N时,裂纹将增长的趋势以及GB 2和与GB 4是更加明显。从图8 (h)可以看出,鳕鱼已经实现的最大负荷达到1750 N时,它提出了一个趋势,裂纹尖端会很快与4 GB。

两个加载周期后,疲劳裂纹的微观形态学在114周期如图9(一个)。

(一)
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(b)
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(c)
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图9
微观形态学的疲劳裂纹在不同加载周期:(a)在114周期,在116次(b), (c)在119周期。

如图9(一个),疲劳裂纹尖端与4 GB 114周期,目前裂纹尖端接近粮食2。它获得了疲劳裂纹增长速度是3.41 10−3mm /N当疲劳裂纹传播4 GB。当它达到116周期,可以看出疲劳裂纹增长以及GB 5如图9 (b)。增量的疲劳裂纹的长度是1.82在114年和116年之间循环,和6 GB的骨折可以观察到。它获得了疲劳裂纹增长速度是9.1 10−4mm /N当疲劳裂纹传播以及GB 5。从图9 (c)可以看出,疲劳裂纹已经与6 GB载荷循环达到119时,疲劳裂纹尖端进入粮食目前3。很明显,从116年到119年周期,疲劳裂纹的长度的增加是22。它获得了疲劳裂纹增长速度是7.3 10−3mm /N当疲劳裂纹传播以及GB 6和8 GB。

疲劳裂纹的微观形态学从126年周期131年周期如图10。

(一)
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(b)
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(c)
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(d)
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图10
微观形态学的疲劳裂纹在不同加载周期:(a)在126周期,(b)在129周期,在130次(c), (d)在131周期。

如图10 ()的增加,疲劳裂纹是5嗯粮食从119年周期126年3周期。同时,GB 9的骨折可以观察到的谷物3。如图10 (b)129年,疲劳裂纹进一步增长周期,和疲劳裂纹尖端开始增加。当载荷循环达到130 GB, 9是进一步断裂,疲劳裂纹尖端接近9 GB。从图10 (d)可以看出,疲劳裂纹尖端已经完全通过粮食3,与GB 9。

疲劳裂纹长度的变化与加载周期从131年40周期周期图所示11。


图11
疲劳裂纹长度的增加与加载的变化周期。

可以看出,疲劳裂纹增长率之间不同的加载周期是不同的。疲劳裂纹的增量最小值从77次到111次试验和疲劳裂纹增长率为2.08 10−4mm /N。疲劳裂纹增长自77年周期的缺陷主要是由于晶界(GB)的障碍。疲劳裂纹增长将推迟晶界时疲劳裂纹和晶界之间的角度大于90度7050 - t7451铝合金。

疲劳裂纹增长最快的从116年周期119年周期,和疲劳裂纹增长速度是7.3 10−3mm /N。以下是6.2 10−3mm /N从130年周期131年周期。疲劳裂纹的快速增长主要是由于晶界之间的桥连接机制和疲劳裂纹。在7050 - t7451铝合金的疲劳载荷,晶界是容易断裂。疲劳裂纹尖端与晶界时,疲劳裂纹呈现不稳定的快速增长,导致生活减少7050 - t7451铝合金。

4所示。结论

(1)当7050 - t7451铝合金与恒幅疲劳载荷作用下,疲劳裂纹增长将由晶界迟钝。当疲劳裂纹和晶界之间的角度大于90度,发育迟滞现象更明显。

(2)疲劳裂纹尖端不能打开,直到加载时达到最大值的55%由晶界疲劳裂纹是弱智。疲劳裂纹已经完全封闭加载时不降低到最大值,并观察到裂纹张开加载高于裂纹闭合加载。

(3)当7050 - t7451铝合金遭受与恒幅疲劳载荷,可以观察到行为的不稳定的疲劳裂纹增长在7050 - t7451铝合金,这与疲劳裂纹的桥连接机制有关。晶界是容易断裂在7050 - t7451铝合金的疲劳载荷,以及骨折GB成为疲劳发展的最佳路径。在疲劳加载阶段,疲劳裂纹倾向于生长在晶界裂纹的方向,它将与骨折GB并最终导致疲劳裂纹的快速增长。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究由两个国家技术支持的基础设施项目,第一个项目没有。是2014601号JSZL b001和第二个项目没有。是JSZL 2014601 b004。特别要感谢戴教授帮助他修改的论文。