预腐蚀损伤铝合金环境小裂纹行为及寿命预测研究

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ustczl
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铝合金是轻合金的一种,是一类在工业中应用最广泛的有色金属结构材料。特别是在航空、航天等领域。在飞机的应用材料中,铝合金由于具有较高的强度和较低的密度而成为飞机结构的主要材料,用量占飞机结构重量的60%~80%。然而飞机的使用离不开自然环境。即使是大气,也存在相当的腐蚀性,如雨、海水、盐雾等环境都对飞机铝合金结构有着一定的腐蚀影响。一项调查表明,腐蚀坑、斑经常是导致航空航天铝合金开裂的基本原因,并且腐蚀疲劳同疲劳一样,是裂纹扩展的主要机理。而在材料的疲劳损伤过程中疲劳小裂纹萌生扩展的随机性要高于长裂纹,这种特性使线弹性断裂力学及以连续介质假设为基础的传统力学都难以适用,这种现象被称为相似性的缺失。尤其是腐蚀环境中的小裂纹行为特点,目前还没有一种能够用来描述任意环境介质中任意材料的小裂纹行为的理论。近几年来,新型铝合金的研究取得了重大进展,如中南大学、东北大学、北京航空航天大学、北京621研究院等数十所大学和科研单位都对该合金做了一定的研究工作。但含预腐蚀损伤新型铝合金腐蚀劳小裂纹方面的研究却鲜有报道。本文通过实验的手段对含预腐蚀损伤新型铝合金腐蚀小裂纹进行了研究。首先,对铝合金材料进行预腐蚀损伤实验和腐蚀坑的损伤测量,获得了腐蚀坑的相关尺寸。其次,在空气环境下采用复型法进行了小裂纹实验,在盐水环境下采用标识谱及断口反推法进行了小裂纹试验并且采用在线观测的方法进行了长裂纹试验,对实验数据进行了统计分析,对比分析了不同环境小裂纹演化行为规律差异;对盐水环境下不同情况的小裂纹的扩展特性进行了对比,分析了各因素对腐蚀小裂纹行为的影响。然后,在扫描电镜下对腐蚀疲劳小裂纹断口进行分析,采用定量与定性相结合的方式研究了材料的疲劳损伤机制。通过对疲劳弧线测量,比对载荷谱,成功的得到裂纹深度a和裂纹长度c。并且通过对比发现空气与盐水环境疲劳断口无太大差异,腐蚀环境对疲劳机制影响不大。最后,利用nasgro软件,对腐蚀疲劳全寿命进行了预测。与实验结果相比预测寿命较为准确。
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