高强度铸造铝合金疲劳性能研究

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随着航天航空及汽车工业轻量化、节能化和环保化的发展趋势,承载交变载荷的铝合金构件越来越多地被使用,引起了人们对其疲劳性能的研究兴趣。本文主要通过试验和软件模拟,对高强度铸造铝合金的疲劳性能进行了研究。  本次研究首先通过拉伸试验及对铸造铝合金微观组织的观察,发现热处理工艺对该合金的力学性能有很大的影响,热处理工艺同时提高了该合金的强度和脆性。然后利用电伺液压疲劳试验机,分别对高强度铸造铝合金的光滑和带缺口试件进行了疲劳试验的研究。利用升降法分别测定了在有限疲劳寿命为106,对称循环交变载荷作用下光滑试件的疲劳极限值为41.22MPa,缺口试件的疲劳极限值为16.105MPa。并测定了光滑试件在七个不用应力幅值交变载荷作用下的疲劳寿命,缺口试件在八个不同应力幅值交变载荷作用下的疲劳寿命,根据试验数据,利用最小二乘法拟合出了光滑试件和缺口试件的应力疲劳公式。由试验结果计算出了,当缺口深度为1mm,底部圆弧半径为0.5mm时,其疲劳缺口系数Kf为2.56,缺口敏感系数q为0.78。  利用扫描电镜对光滑试件的疲劳断口进行了观测,看到疲劳裂纹在材料内部缺陷(如气孔、夹杂等)处萌生。在疲劳断裂过程中应力幅值越高,试件疲劳寿命越低,瞬断区面积占总的断口面积的比例也越大。  在试验研究的基础上,应用有限元软件ANSYS对铝合金缺口试件进行了模拟,并在此基础上计算出相应的疲劳极限值、疲劳缺口系数和缺口敏感系数,并与试验结果进行了比较。
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