綜述-鋁合金疲勞及斷口分析報(bào)告

1、文獻(xiàn)綜述2011 級設(shè) 計(jì) 題 目 鋁合金疲勞與斷口分析學(xué)生某某胡偉學(xué)號 201111514專業(yè)班級指導(dǎo)教師黃俊教師院系名金屬材料工程2011級03班稱 材料科學(xué)與工程學(xué)院2 0 15 年 4 月 1 2 日鋁合金疲勞與斷口分析1緒論1.1引言7系鋁合金包括Al-Zn-Mg系和Al-Zn-Mg-Cu系合金，此類合金具 有密度低、比強(qiáng)度高、良好的加工性能與優(yōu)良的焊接性能等一系列優(yōu) 點(diǎn)。隨著應(yīng)用在鋁合金上的熱處理工藝與微合金化技術(shù)的不斷改良， 其力學(xué)性能被大幅度強(qiáng)化，綜合性能也得到了全面提升。在航空航天、 建筑、車輛、橋梁、工兵裝備和大型壓力容器等方面都得到了廣泛 的應(yīng)用?，F(xiàn)代工業(yè)的飛速開展，對

2、7系鋁合金的強(qiáng)度、韌性以與抗應(yīng)力腐 蝕性能等提出了更高的要求。但是，存在另外一個(gè)現(xiàn)象，在各行各業(yè) 的領(lǐng)域中，鋁合金設(shè)備偶爾會出現(xiàn)難以發(fā)覺的斷裂，在斷裂之前很難甚至無法發(fā)覺到一點(diǎn)塑性變形。 這種斷裂形式，對人身以與財(cái)產(chǎn)安全 造成了不可挽回的損失。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)明確，這些斷裂是由于材料的 疲勞引起，材料在交變載荷的長期作用下，外表或者內(nèi)部，尤其是內(nèi) 部會產(chǎn)生微觀裂紋。本文主要研究鋁合金疲勞引起的裂紋以與疲勞斷 口分析，此類研究對于日后的生產(chǎn)安全，有重大意義。1.27系鋁合金的開展歷史在20世紀(jì)20年代，德國的科學(xué)家研制出 Al-Zn-Mg系合金，由于 該合金抗應(yīng)力腐蝕性能太差，并未得到產(chǎn)業(yè)內(nèi)應(yīng)用。在

3、20世紀(jì)30年 代初一直到二戰(zhàn)完畢期間，各個(gè)國家在研究中發(fā)現(xiàn)，Cu元素可以提高鋁合金的抗應(yīng)力腐蝕性能。在此，開發(fā)了大量Al-Zn-Mg系合金，因此無視了對 Al-Zn-Mg系合金的研究。德、美、蘇、法等國在 Al-Zn-Mg-Cu系合金根底上成功地開發(fā)了 7075、B93和D。T。D683 等合金。目前正廣泛應(yīng)用在航空航天事業(yè)上，但是強(qiáng)度、韌性、抗應(yīng) 力腐蝕性能三者之間未能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)組合狀態(tài)。20世紀(jì)50年代，德國科學(xué)家公布了具有優(yōu)良焊接性能的合金 AIZnMgl和AIZnMg2引起了 人們對Al-Zn-Mg系合金的重視。在此段時(shí)間，美國學(xué)者在AIZnMgl合 金的根底上，參加了 Zr、Mn C

4、r等元素，研制出了 7004和7005合 金，具有優(yōu)良焊接性和抗應(yīng)力腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于焊接行業(yè)。唯一 不足的是，工藝性能較差。日本科學(xué)家嘗試降低合金中Mg含量，提高Zn/Mg值，研制出了 ZK60和ZK61合金，使合金的焊接性和工藝性 能提高，但是降低了很大的強(qiáng)度。同時(shí)期內(nèi)，前蘇聯(lián)也研制出了 1915、 1933合金，強(qiáng)度也是偏低。為了克制強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，20世紀(jì)70年代 又研制出7020合金，具有高強(qiáng)度，焊接性好的性能。以后，人們把 注意力集中在了 Al-Zn-Mg系鋁合金上。20世紀(jì)80年代初，美國科 學(xué)家先后在7075合金的根底上，為了解決實(shí)際生產(chǎn)中抗應(yīng)力腐蝕敏 感性較高的問題，以與滿足

5、某些特殊需要，調(diào)整了局部合金元素的含 量，開展了許多新型合金。相比之下，國內(nèi)對7系鋁合金的研究起步較晚，在20實(shí)際80年代， 由東北和研究院研制 Al-Zn-Mg系鋁合金。目前主要有7050、7075、 7175等合金產(chǎn)品。20世紀(jì)90年代中期，航空材料研究所采用常規(guī) 半連續(xù)鑄造法試制出7A55超高強(qiáng)鋁合金，近幾年又研制出強(qiáng)度更高 的7A60合金。而在Al2Zn2Mg系鋁合金的研制上，國內(nèi)根本都是仿 制，很少自行開發(fā)。1.3鋁合金疲勞的分類疲勞的定義疲勞斷裂是由于交變載荷、應(yīng)力下引起的延時(shí)斷裂，其斷裂應(yīng)力水平 往往低于材料的抗拉強(qiáng)度。b,有時(shí)甚至低于屈服強(qiáng)度。s。一般情況 下，疲勞破壞不發(fā)生明

6、顯的塑性變形，其變形主要是脆性斷裂，是一 種沒有預(yù)兆、十分危險(xiǎn)的破壞形式，難以檢測、預(yù)防。鋁合金的疲勞，按疲勞破壞原因可分為三類：熱疲勞、腐蝕疲勞 和機(jī)械疲勞。鋁合金的熱疲勞是在交變應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生的疲勞破壞。外部約束和內(nèi)部約束是產(chǎn)生熱疲勞的兩個(gè)必要條件，外部約束即阻礙材料自由膨脹，內(nèi)部約束即產(chǎn)生溫度梯度，使材料膨脹，但由于 約束從而產(chǎn)生熱應(yīng)力與熱應(yīng)變，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，導(dǎo)致裂紋的萌 生、擴(kuò)展。X文孝等研究了 LD8鋁合金的同相和異相熱疲勞特性，應(yīng) 用彈塑性斷裂力學(xué)方法對不同狀態(tài)下熱疲勞壽命進(jìn)展了探討。長期在化工行業(yè)使用或者海水中使用的金屬材料，處于腐蝕的環(huán) 境中，此外還承受交變載

7、荷作用，與正常環(huán)境下的金屬材料相比，腐 蝕性環(huán)境和交變載荷同時(shí)作用，會顯著降低材料的疲勞性能，從而產(chǎn) 生構(gòu)件的破壞，以至于最終斷裂。宮玉輝等研究了不同腐蝕環(huán)境對 7475-T7351鋁合金疲勞性能與裂 紋擴(kuò)展速率的影響，發(fā)現(xiàn)腐蝕環(huán)境對裂紋擴(kuò)展有較明顯的加速作用， 但不同環(huán)境腐蝕和不同溫度對材料的低周疲勞性能影響不大。王成等將不同濃度硅酸鈉添加到鋁合金中，發(fā)現(xiàn)其可以抑制鋁合金的點(diǎn)蝕、 減少裂紋源，提高鋁合金在氯化鈉溶液中抗點(diǎn)蝕的能力與腐蝕疲勞壽 命，但對鋁合金的腐蝕疲勞裂紋的擴(kuò)展無法抑制。機(jī)械零部件在外加應(yīng)力或者應(yīng)變作用下將會產(chǎn)生機(jī)械疲勞，經(jīng)長時(shí) 間工作后，即使所受應(yīng)力小于材料屈服點(diǎn)，仍然會產(chǎn)生

8、裂紋，或者產(chǎn) 生斷裂。在循環(huán)應(yīng)力水平較低時(shí)，彈性應(yīng)變起主導(dǎo)作用，此時(shí)疲勞壽 命較長，稱之為高周疲勞，也稱應(yīng)力疲勞；在循環(huán)應(yīng)力水平較高時(shí)， 塑性應(yīng)變起主導(dǎo)作用，此時(shí)疲勞壽命較短，稱之為低周疲勞，也稱塑 性疲勞。李睿等對2024-T3鋁合金孔板進(jìn)展了上下周復(fù)合疲勞試驗(yàn)， 研究發(fā)現(xiàn)隨著上下周循環(huán)次數(shù)增大， 復(fù)合疲勞壽命有顯著的降低，并 建立了上下周循環(huán)次數(shù)和應(yīng)力幅比與上下周復(fù)合疲勞壽命之間的關(guān) 系式，但其只考慮了載荷循環(huán)次數(shù)對疲勞的影響， 沒有全面綜合其他 影響疲勞壽命的因素。1.4疲勞破壞過程與機(jī)理金屬設(shè)備疲勞過程的開始，即疲勞裂紋的萌生稱為疲勞源。疲勞源 是材料微觀組織永久損傷的核心，當(dāng)裂紋開始

9、萌生后，逐漸長大并與 其它裂紋合并，然后形成肉眼可見的宏觀裂紋，稱為主裂紋，此時(shí)裂 紋萌生階段完畢。之后，進(jìn)入裂紋擴(kuò)展階段，首先開始穩(wěn)定擴(kuò)展，裂 紋達(dá)到臨街尺寸后，隨著進(jìn)一步的交變應(yīng)力、應(yīng)變作用下，金屬材料 無法承受，裂紋開始突然間失穩(wěn)，材料瞬間產(chǎn)生破壞，發(fā)生斷裂。簡 而言之，疲勞破壞過程分為：裂紋萌生，裂紋擴(kuò)展和失穩(wěn)斷裂三個(gè)階 段。每個(gè)階段具體如下：裂紋萌生：由于應(yīng)力集中，疲勞裂紋首先起源于材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)最薄弱的額 區(qū)域，或者應(yīng)力較高的區(qū)域。裂紋萌生初期，長度小于0。05mm01mm此裂紋稱為疲勞裂紋核。隨著疲勞進(jìn)展，微觀裂紋逐漸開展成 宏觀裂紋，肉眼可見。鋁合金材料疲勞裂紋萌生主要部位有

10、滑移帶、 晶界、相界面三種裂紋擴(kuò)展：疲勞裂紋萌生完畢后，將進(jìn)入裂紋擴(kuò)展階段。此階段又分為兩個(gè) 局部，首先是裂紋沿主滑移系，以純剪切方式向內(nèi)擴(kuò)展，擴(kuò)展速率極 低，其延伸X圍在幾個(gè)晶粒長度之間。其次，在晶界的阻礙作用下， 使擴(kuò)展方向逐漸垂直于主應(yīng)力即拉應(yīng)力方向，并形成疲勞條紋或稱為疲勞輝紋，一條輝紋就是一次循 環(huán)的結(jié)果。第一階段的裂紋擴(kuò)展速度慢，長度小，所以該階段的形貌特征并不 明顯。而第二階段的穿晶擴(kuò)展，其擴(kuò)展速率隨循環(huán)周次增加而增大， 擴(kuò)展程度也較為明顯，多數(shù)材料的第二階段可用電子顯微鏡觀察到疲 勞條紋，有些甚至能用肉眼觀察到。不同材料的疲勞條紋各不一樣， 形貌也是種類繁多，有與裂紋擴(kuò)展方向垂

11、直略呈彎曲并相互行的溝槽 狀把戲， 有斷口比擬平滑而且分布有貝紋或海灘把戲，有時(shí)如此呈 現(xiàn)以源區(qū)為中心的放射線，疲勞條紋是疲勞斷口最有代表性的特征。一般情況下，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)在整個(gè)斷口所占面積較大。疲勞裂紋擴(kuò)展階段是材料整個(gè)疲勞壽命的主要組成局部。不同鋁合金材料裂紋擴(kuò)展的兩個(gè)階段也有不同的壽命， 在材料外表光滑試件中，第一階 段的擴(kuò)展時(shí)間占整個(gè)疲勞壽命的絕大局部； 而在有缺口的試件中，第 一階段幾乎可以忽略，第二階段的傳播是整個(gè)疲勞裂紋擴(kuò)展的壽命。裂紋失穩(wěn)：疲勞裂紋擴(kuò)展到一定長度即臨界長度時(shí)，材料外表不足以承受外 部載荷，在下一次加載中將發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展，導(dǎo)致快速斷裂。這一階段 是構(gòu)件壽命的最后階

12、段，失穩(wěn)擴(kuò)展到斷裂這一短暫過程對于構(gòu)件壽命 的貢獻(xiàn)是可以忽略的，裂紋最后失穩(wěn)快速擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域稱為 瞬斷區(qū)，材料性質(zhì)不同，斷口相貌也截然不同。1.5疲勞壽命的影響因素疲勞特性與合金成分有關(guān)，成分決定了合金組織以與強(qiáng)化效果； 同 時(shí)，合金的顯微組織也冶金過程中的缺陷也對合金疲勞有很大程度的 影響，裂紋源可能由夾雜物，晶粒大小，晶粒偏析，晶界疏松引起。 X濤等研究了 Al-Si系鑄造鋁合金疲勞性能，發(fā)現(xiàn)鑄造過程難以防止 的孔洞與Si顆粒大小、形貌均對鑄造鋁合金材料疲勞裂紋的萌生有 重要影響；Zhai7通過對鋁鋰合金疲勞性能各向異性的研究發(fā)現(xiàn)， 在軋制方向強(qiáng)度低，疲勞性能也最差，疲勞裂紋多沿方

13、向萌生，而在 厚度方向強(qiáng)度較高，鮮見裂紋的萌生，疲勞性能也自然最優(yōu)；時(shí)效處 理是改善鋁合金性能的有效途徑，由于其改變了合金微觀組織結(jié)構(gòu)， 自然也對合金疲勞特性影響頗大；Sharma等通過對不同時(shí)效處理后的AA 2219鋁合金進(jìn)展疲勞試驗(yàn)，結(jié)果明確自然時(shí)效與欠時(shí)效處理 后的合金疲勞性能較好，鮮見疲勞裂紋的萌生；而峰時(shí)效和過時(shí)效處 理后的合金，其多出萌生疲勞裂紋切裂紋擴(kuò)展速率較高， 疲勞性能不 佳。合金的疲勞特性也跟外表粗糙度、材料尺寸、幾何形狀。外表凹 凸。壁厚均勻性有關(guān)。Suraratchai等對影響鋁合金疲勞壽命的因素進(jìn)展了研究，其對 合金外表粗糙度進(jìn)展了有限元分析，結(jié)果明確由于材料外表凹凸

14、不平 而引起的應(yīng)力集中，是損害疲勞壽命的源頭；肖驥研究了7475鋁合 金板材的疲勞性能，在疲勞試驗(yàn)中表現(xiàn)最好的T-L平面上的試件進(jìn)展 了噴丸處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過噴丸處理之后，并不是一定提高了試件 的疲勞強(qiáng)度，在噴丸處理的過程中，在引入剩余壓應(yīng)力的同時(shí)，也破 壞了試件外表的平整度。剩余壓應(yīng)力將提高試件的疲勞強(qiáng)度， 而過高 的粗糙度，將使試件外表很容易成為裂紋源。載荷的大小和加載方式與加載頻率是合金材料疲勞壽命的決定性 因素。X崗等研究了 2E12鋁合金在不同應(yīng)力水平下的疲勞性能與疲 勞裂紋擴(kuò)展速率，結(jié)果明確缺口的存在降低了疲勞強(qiáng)度， 隨著應(yīng)力比 的提高，疲勞強(qiáng)度也大幅度改善；蹇 海根等通過金相、

15、電鏡掃描顯微技術(shù)比照了不同應(yīng)力下鋁合金的疲勞 斷口顯微組織，發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋萌生處與材料外表的距離隨加載應(yīng)力升 高而減小，加載應(yīng)力越高，疲勞源區(qū)面積越小，裂紋擴(kuò)展區(qū)的疲勞輝 紋間距越大，且隨著應(yīng)力的增大，斷口上疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)的面積減小， 瞬斷區(qū)的面積增大。同時(shí)材料壽命也受工作環(huán)境如溫度、 周邊介質(zhì)等 因素影響。Gasqueres等13通過對AA 2024鋁合金疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī) 律的研究發(fā)現(xiàn)，正常室溫下，疲勞裂紋擴(kuò)展進(jìn)入第二階段后，將環(huán)境 溫度調(diào)至223 K,裂紋長大又轉(zhuǎn)為第一階段的擴(kuò)展規(guī)律，而且此時(shí)裂 紋的擴(kuò)展受到溫度和氣壓的共同影響。鋁合金疲勞特性的影響因素很 多，從單一或幾個(gè)因素的考慮對鋁合金材

16、料疲勞壽命進(jìn)展研究并不準(zhǔn) 確，建立相應(yīng)的科學(xué)模型，綜合考慮所有因素從而準(zhǔn)確地預(yù)測材料的 疲勞壽命是需要進(jìn)一步深入研究的重點(diǎn)。具有效率高、本錢低、工藝 簡單等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種顆粒以與多種基體，此方法總體上具有一定 競爭力。1.6疲勞壽命的估算方法因材料疲勞多數(shù)是不可預(yù)測，不可檢測到的塑性斷裂，因此造成的 損失不可估計(jì)，所以材料疲勞壽命的估計(jì)一直以來是重要研究問題。 幾百年內(nèi)，各國科學(xué)家一直在探索、研究。1945年Miner在對疲勞累積損傷問題進(jìn)展大量試驗(yàn)研究的根底上，將Palmgren于1924年提出的線性累積損傷理論公式化，形成了 Palmgren-Miner線性累積損傷法如此；1963年P(guān)a

17、ris在斷裂力學(xué)方 法的根底上，提出了表達(dá)裂紋擴(kuò)展規(guī)律的Paris公式，此后又開展有 損傷容限設(shè)計(jì)；1971年Wetzel在Manson-Coffin研究的根底上，提 出了根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變分析估算疲勞壽命的方法一一局部應(yīng)力-應(yīng)變法, 還有許多出色的研究人員提出的。諸多計(jì)算方法，以下簡單介紹現(xiàn)今在疲勞壽命估算方面三種主要運(yùn)用的方法。1、累積損傷理論Min er理論是典型的線性累計(jì)損傷理論，Miner公式為：_ 11 料 *其中n表示不同大小的載荷，N表示不同載荷單獨(dú)作用下出現(xiàn)裂紋 的破壞次數(shù)，N表示總的循環(huán)次數(shù)，即疲勞壽命。當(dāng)循環(huán)周期內(nèi)載荷 對構(gòu)件所造成的損傷累計(jì)加至1時(shí)，構(gòu)件即發(fā)生破壞；其簡單直

18、觀， 在工程上被廣泛應(yīng)用，并由此衍生了最早的抗疲勞設(shè)計(jì)方法一一名義 應(yīng)力法，其以材料或零件的S-N曲線描述材料的疲勞特性，根據(jù)應(yīng)力 集中系數(shù)和名義應(yīng)力，結(jié)合線性累計(jì)損傷理論進(jìn)展疲勞壽命計(jì)算。但名義應(yīng)力法以材料力學(xué)和彈性力學(xué)為根底，不考慮疲勞過程中的塑性變形，對發(fā)生高應(yīng)力局部屈服的疲勞破壞并不適用。2、局部應(yīng)力-應(yīng)變法局部應(yīng)力-應(yīng)變曲線法認(rèn)為構(gòu)件的整體疲勞性能，取決于最危險(xiǎn)區(qū) 域的局部應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。其先實(shí)驗(yàn)測定應(yīng)力、應(yīng)變和疲勞斷裂壽命的 曲線和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，接下來結(jié)合 Neuber公式進(jìn)展缺口時(shí)間在隨機(jī)加載 下的局部應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)分析，進(jìn)展每一次循環(huán)的損傷計(jì)算，最后按 線性累積模型求得疲勞損傷量，估

19、算出壽命。修正后的Neuber公式為：E其中 S>A>A£分別為名義應(yīng)力幅值、局部應(yīng)力幅值和局部應(yīng)變幅值。缺口疲勞系數(shù)是一個(gè)靜態(tài)參數(shù)，無法準(zhǔn)確求解。名義應(yīng)力 法沒有考慮疲勞過程中的塑性變形，局部應(yīng)力 -應(yīng)變法彌補(bǔ)了這一缺 陷，只要掌握材料試樣的循環(huán)應(yīng)變、 應(yīng)力與壽命關(guān)系的曲線等少量實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對應(yīng)力集中部位的應(yīng)力應(yīng)變分析后， 就可以預(yù)計(jì)構(gòu)件的 疲勞壽命。但其運(yùn)用的Neuber公式是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，人為誤差較大, 而近年來興起的彈塑性有限元法較為準(zhǔn)確，值得推廣。3、損傷容限法斷裂力學(xué)是損傷容限法的根底，實(shí)際上所有工程構(gòu)件都有微觀缺 陷，這一固有缺陷可以視其為一個(gè)初始裂紋，

20、 裂紋擴(kuò)展壽命便是由初 始裂紋擴(kuò)展到臨界裂紋的應(yīng)力循環(huán)數(shù)。疲勞裂紋臨界尺寸的選擇根據(jù) 材料性質(zhì)與工作狀態(tài)等因素確定，通常用裂紋擴(kuò)展速率公式來描述不 同結(jié)構(gòu)與不同外載荷作用下的裂紋擴(kuò)展行為，其擴(kuò)展速率不僅與裂紋 長度有關(guān)，也與載荷大小、加載方式等因素有關(guān)。1.7疲勞斷口分析以高強(qiáng)鋁合金斷口形貌分析為例，如A7N01鋁合金，是 Al-Zn-Mg-Cu熱處理強(qiáng)化型的高強(qiáng)度鋁合金，綜合性能較為優(yōu)異，具 有高強(qiáng)度、較好的擠壓性和耐蝕性。目前較多的應(yīng)用在高速列車主要 零部件上。試樣幾何尺寸如下:圖1疲勞試件兒何尺寸閹由實(shí)驗(yàn)可知，T型接頭焊趾處，是試樣斷裂的主要部位，因?yàn)樵谄?勞過程中，焊趾處出現(xiàn)應(yīng)力集中，

21、通過對焊接接頭的硬度分析，可以 得知在距接頭中心線位置附近，大約 10mn處，已進(jìn)入熱影響區(qū)的軟 化區(qū)域，即焊趾所處的區(qū)域。如果采用惰性氣體保護(hù)，可以降低應(yīng)力 集中，從而降低材料的疲勞。焊趾處出現(xiàn)疲勞裂紋源后，形成裂紋，然后向接頭中心處擴(kuò)展。這是 由于焊接中，靠近中心的部位經(jīng)歷了來自左右兩側(cè)焊縫的熱循環(huán)處 理，組織粗大，強(qiáng)度降低。當(dāng)多個(gè)裂紋源在焊趾外表出現(xiàn)時(shí)，裂紋將 會以放射狀擴(kuò)展，向四周輻射，此時(shí)，多個(gè)微裂紋聚集到一起并合并 成一個(gè)裂紋，此時(shí)微裂紋停止擴(kuò)展，主裂紋繼續(xù)，當(dāng)擴(kuò)展到材料臨界 裂紋長度時(shí)，產(chǎn)生失穩(wěn)斷裂，材料斷口粗糙不平。在斷口上，疲勞穩(wěn) 定擴(kuò)展區(qū)占到整個(gè)面積的一半，疲勞裂紋源面積較

22、小。由掃描電子顯微鏡可以觀察到疲勞裂紋源， 以面心立方為例，合金 中存在許多滑移系，比擬容易產(chǎn)生滑移變形。當(dāng)裂紋源產(chǎn)生，材料外 表產(chǎn)生滑移，出現(xiàn)滑移帶，在交變載荷作用下，試樣的軸向拉應(yīng)力較 大，加上焊趾處應(yīng)力集中，所以在焊趾處通過滑移產(chǎn)生較大的塑性變 形。由于交變載荷不斷反復(fù)，滑移面被破壞，便出現(xiàn)微裂紋，微裂紋長大，就形成了小裂紋。小裂紋形成降低了其他裂紋擴(kuò)展速率，因 此材料往往存在擴(kuò)展停止的其他小裂紋。在裂紋擴(kuò)展中，在晶界、晶粒、金屬基體交界處會萌生裂紋，這是 為了達(dá)到自由能平衡，這樣的結(jié)果是使裂紋擴(kuò)展到各個(gè)晶面， 看起來 像羽毛狀的形狀。同時(shí)，裂紋在擴(kuò)展過程中，相鄰裂紋長大的方式是 一種撕

23、裂的方式，存在明顯塑性變形，較高的載荷在第二相粒子上作 用，使粒子破裂，裂紋不斷X開和閉合，形成了疲勞條帶，導(dǎo)致斷口 上出現(xiàn)凹陷和犁溝。疲勞裂紋的穩(wěn)定擴(kuò)展特征包括出現(xiàn)疲勞輝紋， 通常，疲勞輝紋的數(shù) 目代表了疲勞循環(huán)的次數(shù)，每當(dāng)出現(xiàn)一次循環(huán)，便出現(xiàn)一條疲勞輝紋。 因此，可以通過一定距離內(nèi)的輝紋條數(shù)，大致判斷出裂紋擴(kuò)展速率。 其次，另外一個(gè)特征邊上二次裂紋，即由斷口外表向內(nèi)部擴(kuò)展的裂紋。二次裂紋和疲勞輝紋根本上平行， 擴(kuò)展方式為沿晶擴(kuò)展，二次裂紋一 般情況下，分布較為分散，同一方向，時(shí)隱時(shí)現(xiàn)。疲勞裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸后，材料出現(xiàn)失穩(wěn)擴(kuò)展，形成瞬斷區(qū)。斷 口外表存在撕裂棱和韌窩。斷裂呈現(xiàn)準(zhǔn)解理斷裂的特

24、點(diǎn)就是存在撕裂 棱，而韌性斷裂的標(biāo)志便是存在韌窩?？梢酝茢喑?，疲勞斷裂瞬斷區(qū) 為準(zhǔn)解理斷裂和韌性斷裂的混合斷裂.1.8論文的研究意義本文開展了對鋁合金疲勞以與疲勞破壞斷口形貌的分析，研究了 鋁合金疲勞破壞的一系列過程，這將對以后預(yù)防、檢測以與估算材料 的壽命有重大意義。準(zhǔn)確的計(jì)算材料的疲勞壽命，將能在發(fā)生重大事 故之前防止，減少了人身財(cái)產(chǎn)的損失。參考文獻(xiàn)1 X靜安，謝水生。鋁合金應(yīng)用與開發(fā)。：冶金工業(yè)，20112 X文孝，郭成壁。鋁合金的熱疲勞特性與斷裂力學(xué)計(jì)算分析。固體力學(xué)學(xué)報(bào),2002, 23(3): 361-3653 宮玉輝，X銘，X坤，等。不同腐蝕環(huán)境對7475-T7351鋁合金 疲勞

25、性能與裂紋擴(kuò)展速率的影響。材料工程，2010(9): 71-734 王成，江峰,X波，等。硅酸鈉對鋁合金的緩蝕作用與對腐蝕 疲勞壽命的影響。腐蝕與防護(hù)，2000, 21(10): 435-4375 李睿，鮑蕊，費(fèi)斌軍。2024-T3鋁合金孔板上下周復(fù)合疲勞試 驗(yàn)研究。飛機(jī)設(shè)計(jì),2010, 30(3): 18-22X濤，何國球，莫德峰。鑄造鋁合金疲勞性能影響因素的研究。 化學(xué)工程與裝備,2010(12): 1-47 Zhai。T。Strength distributionof fatigue crack initiationsites in an AlLi alloy 。Metallurgical and Materials Transactions A, 2006,37(10):3139-31478 Sharma V MJ, Sree Kumar K, Nageswara