6061-T6铝合金疲劳曲线
铝合金焊接接头疲劳性能研究 张禧铭
铝合金焊接接头疲劳性能研究张禧铭 摘要：测定了6061铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能，介绍了铝合金焊接件焊 接接头的疲劳特征，分析了铝合金焊接件焊接接头中缺陷对其疲劳性能的影响。 结果表明铝合金焊接件焊接接口处气孔、夹杂物及未焊透三个焊接缺陷均会零件 的应力集中创造条件，对铝合金焊接件焊接接头疲劳性能有重大影响。气孔的大小、数量，未焊透的分布位置及形式明显地影响铝合金焊接件焊接接头的疲劳性 能 0.引言 铝合金由于其质量轻、强度高、无磁性、耐腐蚀性好，广泛应用于汽车、铁路、航空航天等领域。焊接是铝合金零件最常见的连接方式，在铝合金焊接零件 在重复外力作用下会发生疲劳断裂，而疲劳破坏过程又这些问题往往会给用户造 成不可估量的巨大损失[1]。通过研究发现，铝合金焊件焊接接头发生疲劳破坏是 铝合金焊接断裂的主要原因，因此对铝合金焊接件进行全面分析，找出原因并提 出解决方案，提高铝合金焊接件有着重大意义[2，3]。近些年过高校和科研院所 对铝合金焊接件焊接接口做了大量研究工作，并取得了重大成果。周进等人通过 对5A02 铝合金焊接接头的疲劳性能进行分析，得出了补焊可以降低铝合金焊接 件焊接接口的疲劳强度（下降将近20%），可作为一种可靠的补救措施[4]。王德 俊通过对铝合金焊接接头焊缝几何特征的研究，得出了十字接头焊接方式比对接 接头焊接方式应力集中更严重的结论[5]。本文以6061铝合金为研究对象，分析 焊接缺陷铝合金焊接件疲劳性能的研究。 1.试验材料及试验方法 本试验需要的材料为铝合金和焊丝，其中铝合金选用6061铝板，焊丝选用5356焊丝，铝板采用对接焊接。这两种材料的化学成分如表1所示。 试验材料化学成分/% 将铝板通过焊丝分别用MIG焊和TIG焊两种方法进行焊接，不仅仅能够保证 铝合金焊接件内部化学成分的完整性，而且也可以提高铝合金焊接件的焊接质量。 在进行全部焊接之后还需要采用合理的方法对焊接物进行验伤处理，找出其 中存在的问题，并对出现问题的原因进行全面分析。焊后进行X射线探伤检验， 找出存在的问题并找到原因及时解决，将样品进行铣削加工，去除焊缝余高。为 获得样品真实状态，将样品铣削加工后再进行X射线探伤检测。在MTS万能试验机上进行疲劳试验，用JSM-35C显微镜对断口形状进行合理观察。 2.试验结果及分析 2.1疲劳试验 试验结果如表2所示，对试验结果进行整理、对比，可以发现无论6061铝合金焊接件的焊缝有无缺陷，发生疲劳破坏的均为焊接口。但是整个焊接过程是否 存在缺陷对存在的疲劳现象和相应寿命还有很重要的作用。但焊缝有无缺陷对其 寿命有明显影响，即有焊缝缺陷的样品其寿命明显低于无焊缝缺陷的样品，并且 随着缺陷尺寸的增大，疲劳寿命下降越多。 6061铝合金焊接接头疲劳性能 2.2疲劳断口特征 按照焊接接头的断裂过程疲劳断口一般分为裂纹源、疲劳裂纹扩展和最后断
【资料】几种常用铝合金的性能
【资料】几种常用铝合金的性能 2024 6061 6063 7075 变形铝合金状态表示法 https://www.360docs.net/doc/cf294800.html,/bbs/thread-4642-1-1.html 2024 （LY12铝合金）通常供应状态为T351 2024(LY12)为铝－铜－镁系中的典型硬铝合金，其成份比较合理，综合性能较好。很多国家都生产这个合金，是硬铝中用量最大的。该合金的特点是：强度高，有一定的耐热性，可用作150°C以下的工作零件。温度高于125°C，2024合金的强度比7075合金的还高。热状态、退火和新淬火状态下成形性能都比较好，热处理强化效果显著，但热处理工艺要求严格。抗蚀性较差，但用纯铝包覆可以得到有效保护;焊接时易产生裂纹，但采用特殊工艺可以焊接，也可以铆接。广泛用于飞机结构、铆钉、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件。 LY12合金铝的化学成份 n 2024的合金元素为铜，被称为硬铝，具有很高的强度和良好的切削加工性能，但耐腐蚀性
较差。广泛应用于飞机结构（蒙皮、骨架、肋梁、隔框等）、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、 补充： 2024疲劳强度较好。 6061 （LD30铝合金）通常供应状态为 T6 6061合金中的主要合金元素为镁与硅，具有中等强度、良好的抗腐蚀性、可焊接性，氧化效果较好。广泛应用于要求有一定强度和抗蚀性高的各种工业结构件，如制造卡车、塔式建
6063 （LD31铝合金）就是建筑上常用的铝型材 7075
固溶处理后塑性好，热处理强化效果特别好，在150度以下有高的强度，并且有特别好的低温强度，焊接性能差，有应力腐蚀开裂倾向，双级时效可提高抗scc性能。7075的主要合金元素为锌，强度很高，具有良好的机械性能及阳极反应。主要用于制造飞机结构及其他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件，如飞机上、下翼面壁板、桁条等。固溶处理后塑性好，热处理强化效果好，在150度以下有良好的强度，并且有特别好的低温强度，焊接性能差，有应力腐蚀开裂倾向。还广泛应用于模具加工、机械设备、工装
7075_T651铝合金疲劳特性研究
第30卷 第4期 2010年8月 航 空 材 料 学 报 J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LS V o l 130,N o 14 A ugust 2010 7075-T651铝合金疲劳特性研究 韩 剑, 戴起勋, 赵玉涛, 李桂荣 (江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013) 摘要:在不同的应力幅值下测试了7075-T651铝合金的疲劳寿命,拟合试验数据得到合金S -N 曲线,估算疲劳极限为223M P a 。用扫描电镜观察高低应力幅值下的疲劳试样断口,结果表明:合金的加工缺陷或粗大夹杂处往往为裂纹源,裂纹扩展伴随着小平面断裂的发生,高应力幅下疲劳裂纹扩展区出现犁沟和轮胎花样,而低应力幅下的疲劳裂纹扩展区中除有大量疲劳条带外,还出现了疲劳台阶和二次裂纹。合金的疲劳瞬断区则存在着撕裂棱与等轴韧窝。弥散分布的微小析出相对合金的疲劳性能有着积极的影响。关键词:7075-T 651铝合金;S -N 曲线;疲劳断口DO I :1013969/j 1i ssn 11005-505312010141018 中图分类号:TG146121 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2010)04-0092-05 收稿日期:2009-04-21;修订日期:2009-06-16基金项目:国家863高技术研究项目(2007AA 03Z548)作者介绍:韩剑(1984)),男,硕士研究生,从事高强铝合金组织与性能方面的研究,(E -m a il)han ji an_m oon @yahoo .com .cn 通讯作者:戴起勋,男,教授,博士生导师,(E -m ail)qxda i @u j s .edu .cn 。 7075合金是美国较早开发的一种铝合金,是航空航天领域广泛使用的一种轻型结构材料。近年来,因其强度高、重量轻的特性也在其他领域得到广 泛应用,例如攀岩设备及自行车零件都普遍使用7075铝合金 [1~4] 。在对7075合金所开展的研究工 作中,其疲劳性能因与实际应用联系较为密切,是一 个极有理论意义和应用价值的课题,目前虽然已有许多科研工作者对其进行了广泛的研究 [5~8] ,但对 其疲劳断裂机理研究却不多。为了进一步深化研究,充分挖掘7075铝合金的使用潜力,本研究对时效 7075-T651铝合金材料在不同应力幅下的疲劳断裂机理进行了研究。 1 试验材料和方法 试验材料为A lcan 生产的厚度为23mm 的7075-T651铝合金成品板材,合金成分如表1所示。合金抗拉强度达到580M Pa ,屈服强度为570M Pa ,断后伸长率为8%。 表1 试验合金成分(质量分数/%) T able 1 T he component o f alu m i nu m a lloy (m ass fracti on /%) Zn M g Cu M n T i C r N i Fe S i A l 5.68 2.40 1.63 0.14 0.22 0.18 0.044 0.18 0.06 Ba.l 疲劳试验在PLA30050疲劳试验机上进行,参照GB /T 4337)1984制成标准圆棒光滑试样。试验在室温下进行,应力水平设置在518MPa 到200MPa 之间测试轴向应力疲劳性能,疲劳试验的应力比R =-1,即轴向拉压对称加载,控制波形为正弦波,循环加 载频率为20H z 。试样在机器上循环加载直至断裂,记录加载周次。将疲劳断口完整切下,浸于酒精中在超声波清洗仪中清洗,而后在JS M-7001F 型扫描电子显微镜下进行断口形貌观察和分析,并用扫描电镜自 带的I nca Ener gy 350能谱仪作EDS 分析。 2 试验结果与分析 2.1 疲劳寿命曲线 将测得的试验数据拟合得到S-N 曲线(图1),数据点基本平均分布在曲线两侧,较为吻合。S-N 曲线没有水平部分,只是随着应力的降低,循环周次不断增大。通常,如果材料应力循环107 周次不断
DIN_EN_755-2_铝合金-拉伸管棒_第2部分：机械特性(精)
Ref. No. DIN EN 755-2:1997-08 English price group18 Sales No.1118 01.98 DEUTSCHE NORMAugust 1997 EN 755-2 Aluminium and aluminium alloy extruded rod/bar, tube and profiles Part 2:Mechanical propertiesEnglish version of DINEN 755-2 ICS 77.150.10 Descriptors: Aluminium, rod, bars, tubes, profiles. Aluminium und Aluminiumlegierungen – Stranggepre?te Stangen, Rohre undProfile – Teil 2: Mechanische Eigenschaften European Standard EN755-2:1997 has the status of a DIN Standard. A comma is used as the decimal marker. National foreword This standard has been prepared by CEN/TC 132. The responsible German body involved in its preparation was the Normenausschu?Nichteisenmetalle (Nonferrous MetalsStandards Committee, Technical Committee Aluminium-Strangpre?erzeugnisse.
铝合金技术参数
理论上是，要看成型方法i: 压铸的左右，挤压的，锻造的
1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，烟花粉 1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备是其典型用途 1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具 1145 包装及绝热铝箔，热交换器 1199 电解电容器箔，光学反光沉积膜 1350电线、导电绞线、汇流排、变压器带材 2011 螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品 2014 应用于要求高强度与硬度（包括高温）的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料，车轮与结构元件，多级火箭第一级燃料槽与航天器零件，卡车构架与悬挂系统零件 2017 是第一个获得工业应用的2XXX系合金，它的应用范围较窄，主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件，螺旋桨与配件 2024 飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件 2036汽车车身钣金件 2048 航空航天器结构件与兵器结构零件 2124 航空航天器结构件
2218飞机发动机和柴油发动机活塞，飞机发动机汽缸头，喷气发动机叶轮和压缩机环 2219 航天火箭焊接氧化剂槽，超音速飞机蒙皮与结构零件，工作温度为-270~300℃。焊接性好，断裂韧性高，T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力 2319 焊拉2219合金的焊条和填充焊料 2618 模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件 2A01 工作温度小于等于100℃的结构铆钉 2A02 工作温度200~300℃的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片 2A06 工作温度150~250℃的飞机结构及工作温度125~250℃的航空器结构铆钉 2A10 强度比2A01合金的高，用于制造工作温度小于等于100℃的航空器结构铆钉 2A11 飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。航空器的中等强度的螺栓与铆钉 2A12 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等，建筑与交通运输工具结构件 2A14 形状复杂的自由锻件与模锻件 2A16 工作温度250~300℃的航天航空器零件，在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱 2A17 工作温度225~250℃的航空器零件 2A50 形状复杂的中等强度零件 2A60 航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等 2A70 飞机蒙皮，航空器发动机活塞、导风轮、轮盘等 2A80 航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件 2A90 航空发动机活塞 3003 用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置，运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道
铝合金焊接接头疲劳性能研究
铝合金焊接接头疲劳性能研究 发表时间：2019-08-07T10:24:10.000Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：张禧铭徐浩翔[导读] 摘要：测定了6061铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能，介绍了铝合金焊接件焊接接头的疲劳特征，分析了铝合金焊接件焊接接头中缺陷对其疲劳性能的影响。 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000 摘要：测定了6061铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能，介绍了铝合金焊接件焊接接头的疲劳特征，分析了铝合金焊接件焊接接头中缺陷对其疲劳性能的影响。结果表明铝合金焊接件焊接接口处气孔、夹杂物及未焊透三个焊接缺陷均会零件的应力集中创造条件，对铝合金焊接件焊接接头疲劳性能有重大影响。气孔的大小、数量，未焊透的分布位置及形式明显地影响铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能 0.引言 铝合金由于其质量轻、强度高、无磁性、耐腐蚀性好，广泛应用于汽车、铁路、航空航天等领域。焊接是铝合金零件最常见的连接方式，在铝合金焊接零件在重复外力作用下会发生疲劳断裂，而疲劳破坏过程又这些问题往往会给用户造成不可估量的巨大损失[1]。通过研究发现，铝合金焊件焊接接头发生疲劳破坏是铝合金焊接断裂的主要原因，因此对铝合金焊接件进行全面分析，找出原因并提出解决方案，提高铝合金焊接件有着重大意义[2，3]。近些年过高校和科研院所对铝合金焊接件焊接接口做了大量研究工作，并取得了重大成果。周进等人通过对5A02 铝合金焊接接头的疲劳性能进行分析，得出了补焊可以降低铝合金焊接件焊接接口的疲劳强度（下降将近20%），可作为一种可靠的补救措施[4]。王德俊通过对铝合金焊接接头焊缝几何特征的研究，得出了十字接头焊接方式比对接接头焊接方式应力集中更严重的结论[5]。本文以6061铝合金为研究对象，分析焊接缺陷铝合金焊接件疲劳性能的研究。 1.试验材料及试验方法 本试验需要的材料为铝合金和焊丝，其中铝合金选用6061铝板，焊丝选用5356焊丝，铝板采用对接焊接。这两种材料的化学成分如表1所示。 试验材料化学成分/% 将铝板通过焊丝分别用MIG焊和TIG焊两种方法进行焊接，不仅仅能够保证铝合金焊接件内部化学成分的完整性，而且也可以提高铝合金焊接件的焊接质量。 在进行全部焊接之后还需要采用合理的方法对焊接物进行验伤处理，找出其中存在的问题，并对出现问题的原因进行全面分析。焊后进行X射线探伤检验，找出存在的问题并找到原因及时解决，将样品进行铣削加工，去除焊缝余高。为获得样品真实状态，将样品铣削加工后再进行X射线探伤检测。在MTS万能试验机上进行疲劳试验，用JSM-35C显微镜对断口形状进行合理观察。 2.试验结果及分析 2.1疲劳试验 试验结果如表2所示，对试验结果进行整理、对比，可以发现无论6061铝合金焊接件的焊缝有无缺陷，发生疲劳破坏的均为焊接口。但是整个焊接过程是否存在缺陷对存在的疲劳现象和相应寿命还有很重要的作用。但焊缝有无缺陷对其寿命有明显影响，即有焊缝缺陷的样品其寿命明显低于无焊缝缺陷的样品，并且随着缺陷尺寸的增大，疲劳寿命下降越多。 6061铝合金焊接接头疲劳性能
综述-铝合金疲劳及断口分析
文献综述 （2011级） 设计题目铝合金疲劳及断口分析 学生胡伟 学号201111514 专业班级金属材料工程2011级03班指导教师黄俊老师 院系名称材料科学与工程学院
2015年4月12日
铝合金疲劳及断口分析 1 绪论 1.1 引言 7系铝合金包括Al-Zn-Mg 系和Al-Zn-Mg-Cu 系合金，此类合金具有密度低、比强度高、良好的加工性能及优良的焊接性能等一系列优点。随着应用在铝合金上的热处理工艺及微合金化技术的不断改进，其力学性能被大幅度强化，综合性能也得到了全面提升。在航空航天、建筑、车辆、、桥梁、工兵装备和大型压力容器等方面都得到了广泛的应用。 现代工业的飞速发展，对7 系铝合金的强度、韧性以及抗应力腐蚀性能等提出了更高的要求。但是，存在另外一个现象，在各行各业的领域中，铝合金设备偶尔会出现难以察觉的断裂，在断裂之前很难甚至无法察觉到一点塑性变形。这种断裂形式，对人身以及财产安全造成了不可挽回的损失。经过大量实验表明，这些断裂是由于材料的疲劳引起，材料在交变载荷的长期作用下，表面或者部，尤其是部会产生微观裂纹。本文主要研究铝合金疲劳引起的裂纹以及疲劳断口分析，此类研究对于日后的生产安全，有重大意义。 1.2 7系铝合金的发展历史 在20世纪20年代，德国的科学家研制出Al-Zn-Mg系合金，由于该合金抗应力腐蚀性能太差，并未得到产业应用。在20世纪30年代初一直到二战结束期间，各个国家在研究中发现，Cu元素可以提高铝合金的抗应力腐蚀性能。在此，开发了大量Al-Zn-Mg 系合金，因此忽视了对Al-Zn-Mg 系合金的研究。德、美、、法等国在Al-Zn-Mg-Cu 系合金基础上成功地开发了7075 、B93 和D。T。D683 等合金。目前正广泛应用在航空航天事业上，但是强度、韧性、抗应力腐蚀性能三者之间未能实现最佳组合状态。20世纪50年代，
6061铝合金拉伸性能和晶间腐蚀性能的影响
图３不同热处理Ｉ－６０６１铝合金的晶问腐蚀形貌 ｒｉｇ．３Ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓｏｆ６０６１ａｌｌｏｙａｆｔｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ：（ａ）Ｔ６；（ｂ）Ｔ６＋（１９０℃，２ｈ）；（Ｃ）Ｔ６＋（２１０ ℃，２ｈ）；（ｄ）Ｔ６＋（２３０℃，２” 表２６０６１合金在不同热处理条件下的晶间腐蚀行为 Ｔａｂｌｅ２Ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆ６０６１ａｌｌｏｙａｆｔｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ＴｅｍｐｅｒＣｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒＡｖｅｒａｇｅｄｅｐｔｈ／／ａｍＴｅｍｐｅｒＣｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒＡｖｅｒａｇｅｄｅｐｔｈ／ｐ．ｍＴ６（１８０℃，８ｈ）ＩＧＣ２７０Ｔ６＋（２１０℃，８ｈ）ＰＣ４０ Ｔ６＋（１９０℃，０．５ｈ）ＩＧＣ２３０Ｔ６－Ｈ２２０℃，０．５ｈ）ＰＣ９０Ｔ６＋（１９０℃，１ｈ）ＩＧＣ１６０Ｔ６＋（２２０℃，１ｈ）ＰＣ７５Ｔ６＋（１９０℃，２ｈ）ＩＧＣ１５０Ｔ６＋（２２０℃，２ｈ）ＰＣ６０ Ｔ６＋（１９０℃，４ｈ）ＩＧＣ１５０Ｔ６＋（２２０℃，４ｈ）ＰＣ５０ 州１９０℃，８ｈ）ＩＧＣ１４０Ｔ６＋（２２０℃，８ｈ）ＰＣ３５ Ｔ６＋（２００℃，０．５ｈ）ＩＧＣ１５０Ｔ６＋（２３０℃，０．５ｈ）ＰＣ５０ Ｔ６＋２００℃，ｌｈ）ＩＧＣ１００Ｔ６＋（２３０℃，ｌｈ）ＰＣ４５Ｔ６＋（２００℃，２ｈ）ＩＧＣ８５Ｔ６＋（２３０℃，２ｈ）ＰＣ３０Ｔ６＋（２００℃，４ｈ）ＩＧＣ７０Ｔ６＋（２３０℃，４”ＰＣ３０Ｔ６＋（２００℃，８ｈ）ＰＣ６０Ｔ６＋（２３０℃，８ｈ）ＰＣ２５ Ｔ６＋（２１０℃，０．５ｈ）ＩＧＣ１００Ｔ６＋（２４０℃，０．５ｈ）ＰＣ４５ Ｔ６＋（２１０℃，ｌｈ）ＰＣ８０Ｔ６＋（２４０℃，ｌｈ）ＰＣ４０ 州２１０℃，２ｈ）ＰＣ．５０Ｔ６＋（２４０℃，２ｈ）ＰＣ３０Ｔ６＋（２１０℃，４ｈ）ＰＣ４０ 后，晶内析出相主要为球状的ＧＰ区和极少量的∥相（图荆），而晶界上则是呈连续分布的粗大条状声平衡相，（见图４（ｂ））。 在Ｔ６态基础上再升高时效温度进行二级时效，晶内和晶界析出相的形貌、数量及性质发生改变。经Ｔ６＋（２１０℃，２ ｈ）时效的合金，晶内析出相主要是均
高速列车用6065A铝合金超高周疲劳性能试验研究.
疲劳性能；疲劳裂纹萌生 中图分类号：U CHINA RAILWAY S 文章编号：10 01—4632 (2014) 01 — 0067 — 0 5咼速列车用6 0 6 5 A 铝合金超咼周疲劳性能试验研究 闫桂玲，王弘，康国政，代景安 (西南交通大学力学与工程学院，四川成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘 要：对圆柱形和板状2种6 0 6 5 A 铝合金试件进行20kHz, 06 01 0周次的对称拉压超声疲劳试验，并用扫描电镜显微分析技术分析疲劳断口。 结果表明：这2种形状的6065A 铝合金试件的S —N 曲线与传统无限 寿命型疲劳曲线不同，而是呈现阶梯下降型特征，疲劳寿命大于10 周次的试件仍会发生疲劳断裂；试件的疲劳裂纹以剪切方式沿与试件轴向成约 4 5 °方向扩展；圆柱形试件S —N 曲线的阶梯下降型特征对应着疲劳裂纹的双萌 生机制，在疲劳寿命较低的低周、高周阶段，试件表面局部应力或应变集中区成为 疲劳裂纹源；在寿命较高的超高周阶段，试件次表面或内部存在的缺陷成为疲劳裂 纹萌生有利的位置；板状试件的疲劳性能明显低于圆柱形试件，其疲劳裂纹呈现多 源形核特征，且以表面裂纹萌生为主。 关键词：高速列车；铝合金；超高周; 第3 5卷, 中国铁道科学VO1.35NO.1 CIENCE Janu 20
270.41:TG111.8 文献标识码：A doi：10.396 9/j issn.1001—4632.2014.01.11 收稿日期：20 13 — 01—20 ;修订日期：2013 — 11 — 01 基金项目：国家自然科学基金资助项目（ 8 7 2 1 7 5 ）;国家重点实验室自主研究课题项目（2011T PL_ Z03) 作者简介：闫桂玲（ 7 9 —），女，河北保定人，博士研究生。目前，我国高速列车车体和转向架结构均采用钢板焊接结构或铝合金焊接结构，从而大大降低了车体的重量。除了要求轻质之外，高速列车用铝合金还必须具有更高的强度、韧性、耐疲劳、抗裂纹等性能。用于机车车辆的铝合金主要有6 心＞和7心＞系列合金，如用于高速列车车体的6 0 0 5和 7 0 0 3等型号的铝合金［1］ 。目前，我国高速列车的速度已经超过了 3 0 0 km 山一1,这对其车体材料的实际使用寿命提出了更高的要求。对碳钢、高强度 钢和铝合金等材料进行的大于107 周次的超高周疲劳试验研究结果表明，直到10 10 周次疲劳破坏仍会发生［2- 8］。因此，研究高速列车用6 0 6 5 A铝合金1 010 周次内的超高周疲劳性能，对列车构件的疲劳寿命预测、损伤容限设计和可靠性评定都具有非常
7055铝合金材料性能
一,AA 7055铝合金材料性能摘要 7055铝合金是目前最先进的商用高强高韧铝合金，具备极高的强度、较好的韧性以及良好的抗应力腐蚀性，具有广泛的应用前景。材料在复杂的服役环境中可能受到各种不同载荷的作用，对材料在不同加载条件下力学行为的研究是完善材料开发、应用以及进行新材料及结构设计的基础。目前，国内对7055铝合金的研究尚处于起步阶段，对于这类新型高性能铝合金在不同加载条件下的力学行为研究仍然十分匮乏，同时，目前也没有一个被广泛接受的本构模型能对该类材料在大的温度和应变率范围内力学行为进行准确描述。另外，作为目前研究材料动态力学行为最为常用的实验设备——分离式霍普金森压杆（SHPB）和分离式霍普金森拉杆（SHTB），在实验方法和实验技术上尚未形成完善、统一的标准，有待进一步的研究和发展，譬如SHPB实验中实现预定应变率的实验参数选取问题，以及SHTB实验中的试样连接方式等。 基于以上背景，本文首先针对SHPB和SHTB实验方法开展了研究和改进工作；然后，较为系统地研究了美国铝业公司生产的AA 7055-T77铝合金在不同温度和应变率下的力学性能及行为，结合微观组织分析对其部分机理进行了初步研究，根据实验结果对Johnson-Cook本构模型进行了修正，并对本构模型的适用性进行了检验和讨论；最后，为评估AA 7055铝合金的高速撞击特性，对AA 7055铝合金和参考材料在高速撞击下的厚板成坑行为进行了研究和对比分析。本文主要的研究内容如下： 第一，基于一维应力波理论推导出一个应变率预估公式，以预估公式为核心，提出了一种可方便实现预定应变率的SHPB实验方案设计方法，并通过数值仿真与实验对该方法进行了演示和验证。 第二，设计了一种用于SHTB装置的楔形卡口式试样连接方式，并通过数值仿真及实验测试证明了这种卡口式连接方式是有效可行的。 第三，利用Gleeble热模拟试验机对AA 7055铝合金在不同温度下的低应变率单轴压缩性能进行了测试，温度范围为300~750K，加载应变率分别为0.0005s-1、0.01s-1和1s-1；利用SHPB 及改进试样连接方式的SHTB装置对其在常温下的动态压缩性能和动态拉伸性能进行了研究，应变率测试范围为：动态压缩时900~5000s-1，动态拉伸时500~1600s-1；获得了AA 7055铝合金在以上加载条件下的应力应变关系和力学行为。 第四，基于AA 7055铝合金的实验结果，提出了一个包含临界转变温度 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 的温度效应附加函数、一个耦合温度的应变率效应函数和一个包含有效应变的分段应变硬化函数，综合以上结果，提出了一个具有上述特征的修正Johnson-Cook模型。利用该修正模型对7050-T7451铝合金在较大的温度和应变率范围内的流动应力进行了预测，得到的结果与实验结果符合的较好；同时，该修正模型高温下简化形式对AA 7055铝合金在本文研究范围内的流动应力预测结果与实验结果符合得较好，得到的结果均优于Johnson-Cook模型。说明本文提出的修正Johnson-Cook模型对于铝合金材料具有较好的适用性。 第五，对45%体积分数SiCp/2024Al复合材料、2024铝合金及2A12铝合金也进行了部分测试，获得了这3种参考材料的部分力学性能和材料参数。参考材料的实验结果以及文献中的实验数据表明，本文提出的温度效应附加函数同样适用于参考材料以及部分其它材料。 第六，在单次动态压缩的基础上，利用SHPB对AA 7055铝合金和2024铝合金进行不同次数的循环动态压缩测试，通过对宏观应力应变关系和微观组织变化综合分析，研究了AA 7055铝合金动态压缩时剪切局部化的发展过程。发现了铝合金动态压缩时试样内部剪切局部化的形成机理和发展规律。 最后，利用二级轻气炮系统研究了AA 7055铝合金、45%体积分数SiCp/2024Al复合材料和
铝合金材料的疲劳研究进展
铝合金材料的疲劳研究进展 徐超，杨尚磊 （上海工程技术大学材料工程学院上海 201620） 摘要：综述了铝合金材料的疲劳研究进展，介绍了铝合金材料的疲劳裂纹萌生机制和特性、裂纹扩展规律及其扩展阶段的研究进展，同时概述了裂纹疲劳行为的影响因素和微观机理方面的最新研究进展，最后从裂纹萌生和扩展机制以及微观机理等方面概述了铝合金疲劳行为研究趋势。 关键词：铝合金疲劳裂纹萌生和扩展微观机理 0 前言 材料的疲劳性能指标是许多构件设计的重要依据之一，为此从微观上分析研究材料疲劳裂纹萌生和扩展特点以及他们与材料本证微观结构之间的关系具有重要指导意义[1]。由疲劳引起的焊接构件表面产生的裂纹萌生、扩展和断裂，都会导致一系列严重的影响，致使整个系统出现失效现象。疲劳行为的研究已经成为材料学中的一个重要分支，由于其存在的广泛性，越来越受到国内外众多学者的关注。 铝合金由于密度小、比强度高，耐蚀性好，在汽车、列车、船舶、航空、航天等领域得到了广泛的应用，同时还具有良好的成形工艺性和焊接性，因此铝合金成为在工业中应用最广泛的一类有色金属材料[2]。铝合金材料的疲劳破坏是汽车、列车、船舶、航空、航天领域中经常遇到的现象，所以对铝合金的疲劳行为的研究更具有重要意义。目前对铝合金疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂的微观特征以及疲劳寿命的预测研究也相当广泛，因此，本文对铝合金材料的疲劳研究进行了综述。 2 铝合金材料的疲劳研究现状 2.1 疲劳裂纹的萌生 由于交变载荷的循环作用，疲劳裂纹的萌生过程往往发生在材料存在缺陷或薄弱区域以及高应力区，其通过不均匀的滑移或位移，从微细小裂纹形成而逐渐长大扩展至断裂。主要可能存在以下形式:对一般的工业合金，在交变应力作用下第二相、夹杂物与基体界面开裂；对纯金属或单相合金，尤其是单晶体，材料表面的滑移带集中形成驻留滑移带就会形成开裂；当经受较高的应力或应变幅时，晶界结合力在低于晶内滑移应力下，晶界或亚晶界处易发生开裂；另外，对高强度合金，也会由于夹杂物、第二相本身属于脆性相从而发生开裂。 由于疲劳裂纹的萌生在整个疲劳裂纹形成过程中占有相当重要的地位，因此，很多学者对疲劳裂纹的萌生进行了研究。 Chen和Tokaji[3]研究了2024铝基SiC粒子增强相复合材料的疲劳裂纹萌生行为，发现了疲劳裂纹萌生的阻力随着SiC粒子数和尺寸的增加而减小，裂纹的萌生大多数与粗大粒子有关，并且粒子和基体间的界面存在剥离现象，使得裂纹萌生于粒子尖端处，这可能与粒子的尺寸和形状相关。Campbell[4]等人研究了319-T7铸造铝合金的的疲劳裂纹萌生行为，发现疲劳萌生起源于铸造中产生的气孔等孔洞，并且裂纹源区与氧化膜的形成也有关。 Shaniavskiy[5]等人研究了飞机Tu-154M上液压泵的AL5铝合金的疲劳裂纹萌生机制，发现AL5铝合金的铸造缺陷对疲劳裂纹的萌生有很大的影响，其影响了材料疲劳裂纹萌生区的应力状态。ZHAI[6]研究了铝锂合金疲劳裂纹萌生处的强度分布情况，发现在L方向疲劳性能最差、S方向最佳，并且表面裂纹的形成随着应力水平的提高而增加，同时其表面裂纹通过韦伯公式来分析了疲劳裂纹薄弱区的密度和强度分布状况。Merati[7]观察了2024-T4合金中萌生裂纹与未萌生裂纹的粒子尺寸,发现萌生了裂纹的粒子是观察到的粒子中尺寸最大的。Payne J[8]等人采用扫描电镜（SEM）观察了7075-T651铝合金疲劳裂纹的萌生演化过程，发现粗大的第二相粒子对疲劳裂纹的萌生行为有显著的影响。Mirzajanzadeh[9]等人研究了7075铝合金试样过盈装配对疲劳裂纹萌生行为的影响，发现过盈装配的断裂试样，其疲劳裂纹萌生于开孔试样的最小横截面中间，与孔洞边缘的微动磨损有很大的关系。 显然，缺陷薄弱区、第二相粒子的粗大、气孔和孔洞集中区域、界面交界处对疲劳裂纹的萌生行为有显著的影响，是铝合金材料中主要裂纹生源。但是这些因素的对疲劳裂纹萌生的影响很复杂，需要进一步通过SEM原位观察等手段来分析其裂纹萌生的演变过程，确定其各个因素与裂纹萌生行为的关系，同时也可以改进制备工艺等手段来减少裂纹萌生。 2.2疲劳裂纹的扩展 研究疲劳裂纹的扩展规律是疲劳裂纹试验过程中的基础环节，疲劳裂纹的扩展微观模式受材料的滑移特性、晶界和晶粒取向、析出相、显微组织特征尺寸、应力水平及裂纹尖端塑性区尺寸等的影响。一般可以将疲劳裂纹的扩展分为三个阶段：近门槛扩展阶段、高速扩展阶段(Paris区)和最终断裂阶段。 Forsyth[10]把导致z字型裂纹扩展路径的纯滑移机制定义为第Ⅰ阶段裂纹扩展，并且在许多铁合金、铝合金和钦合金中都己经观察到裂纹的第Ⅰ阶段扩展。Forsyth[10]还指出对于大多数合金来说，第I阶段扩展通常很短，但是当应力强度因子范围较高时，裂纹尖端塑性区跨越多个晶粒，这时裂纹扩展开始沿两个滑移系统同时或交替进
铝合金的典型机械性能
铝合金的典型机械性能(Typical Mechanical Properties) 铝合金牌号 及状态拉伸强度(25°C MPa) 屈服强度(25°C MPa) 硬度500kg力10mm球延伸率1.6mm(1/16in)厚度5052-H112 175 195 60 12 5083-H112 180 211 65 14 6061-T651 310 276 95 12 7050-T7451 510 455 135 10 7075-T651 572 503 150 11 2024-T351 470 325 120 20 铝合金的典型物理性能(Typical Physical Properties) 铝合金牌号及状态热膨胀系数 (20-100℃) μm/m?k 熔点范围 (℃) 电导率20℃(68℉) (%IACS) 电阻率20℃(68℉) Ωmm2/m 密度(20℃)(g/cm3) 2024-T351 23.2 500-635 30 0.058 2.82 5052-H112 23.8 607-650 35 0.050 2.72 5083-H112 23.4 570-640 29 0.059 2.72 6061-T651 23.6 580-650 43 0.040 2.73 7050-T7451 23.5 490-630 41 0.0415 2.82 7075-T651 23.6 475-635 33 0.0515 2.82 铝合金的化学成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum ) 合金 牌号硅Si 铁Fe 铜Cu 锰Mn 镁Mg 铬Cr 锌Zn 钛Ti 其它铝 每个合计最小值 2024 23.2 0.5 3.8-4.9 0.3-0.9 1.2-1.8 0.1 0.25 0.15 0.05 0.15 余量 5052 25 0.4 0.1 0.1 2.2-2.8 0.15-0.35 0.1 -- 0.05 0.15 余量 5083 23.8 0.4 0.1 0.3-1.0 4.0-4.9 0.05-0.25 0.25 0.15 0.05 0.15 余量 6061 23.6 0.7 0.15-0.4 0.15 0.8-1.2 0.04-0.35 0.25 0.15 0.05 0.15 余量 7050 23.5 0.15 20.-2.6 0.1 1.9-2.6 0.04 5.7-6.7 0.06 0.05 0.15 余量 7075 23.6 0.5 1.2-2.0 0.3 2.1-2.9 0.18-0.28 5.1-6.1 0.2 0.05 0.15 余量 美铝典型应用领域 用途2024 5052 5083 6061 7050 7075 农业-- ●-- ●-- -- 航空器●-- -- ●●● 模具-- ●-- ●-- ● 机械设备●●-- ●●● 五金零件-- -- -- ●-- -- 建筑-- ●-- ●-- -- 机动车●-- -- ●-- -- 建筑产品-- ●-- ●-- -- 化学设备-- -- -- ●-- -- 集装箱-- -- -- -- -- -- 烹饪用具-- -- -- -- -- -- 圆筒或活塞●-- -- ●-- -- 泵体-- -- -- ●-- -- 电子-- -- -- ●-- -- 电工-- ●-- ●-- --
6005铝合金材料力学性能研究
6005铝合金材料力学性能研究 采用万能材料试验机，对典型车用的6005铝合金材料进行准静态拉伸试验。输出载荷-变形量关系，获得应力-应变曲线，进而分析材料的弹性模量、极限强度、极限应变、屈服强度和延展率等力学性能。 标签：6005铝材；准静态拉伸；应力-应变曲线；力学性能 1 概述 车辆用6005铝合金属于Al-Mg-Si系中等强度铝合金。由于其优良的挤压成形性、耐腐蚀性和良好的焊接性，在国外被广泛用于高速列车、地铁列车、双层列车和客货汽车车体所需的薄壁、中空的大型铝合金壁板型材以及其它工业用结构型材。在我国，铝合金大型材已研制成功并投入生產，随着我国交通运输业的发展，6005铝合金在高速、轻型铝合金列车和地铁列车以及轻型客货汽车上的应用必将越来越多[1-3]。 6005具有较高的工艺性能。万普华等人对6005铝合金试样进行了水淬和水淬并深冷处理，来观察金相组织、抗拉强度等对6005铝合金力学性能的影响[4]。张健等人利用热塑性试验研究了6005A铝合金的热裂纹敏感性[5]，张大新等人将6005铝合金铸态试样和挤压制品试样在不同温度固溶加热后淬火处理，制备金相组织，用混合酸溶液侵蚀后在金相显微镜下观察金相组织[6]。 文章主要就6005铝合金材料的力学性能性能通过万能材料试验机开展了系统的实验研究。测定试件在准静态拉伸时，材料的应力应变曲线；提取加载曲线中的屈服点、强度极限；同时，测量实验前后试件实验段（即试件的标距段）的长度变化，計算断裂伸长率和断面收缩率。 2 准静态拉伸试验 2.1 试件及仪器 运用Instron 5969标准电子万能拉伸试验机对6005铝材进行了准静态拉伸试验。试件参照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》[7]制作。板状试件的尺寸示意图如图1所示。本试验采用比例试件，形状为板状，其厚度为4mm，平行长度为55mm，总长度128 mm。 2.2 试验结果 将试验试件在室温（10～35℃）环境下，试验试件及试验用夹头安装在试验机上，试件轴线应与力的作用线重合，将引伸计连接在试件上。试验机匀速进行拉伸，加载速率为10mm/min，测试试件在拉伸过程中的载荷-变形量的关系。针对横向切取和纵向切取材料，分别进行五次试验。试验过程如图2所示。
几种常用铝合金的性能
https://www.360docs.net/doc/cf294800.html,/viewthread.php?tid=5314&extra=page%3D1 几种常用铝合金的性能2024 6061 6063 7075 变形铝合金状态表示法 2024 （L Y12铝合金）通常供应状态为T351 2024(L Y12)为铝－铜－镁系中的典型硬铝合金，其成份比较合理，综合性能较好。很多国家都生产这个合金，是硬铝中用量最大的。该合金的特点是：强度高，有一定的耐热性，可用作150°C以下的工作零件。温度高于125°C，2024合金的强度比7075合金的还高。热状态、退火和新淬火状态下成形性能都比较好，热处理强化效果显著，但热处理工艺要求严格。抗蚀性较差，但用纯铝包覆可以得到有效保护;焊接时易产生裂纹，但采用特殊工艺可以焊接，也可以铆接。广泛用于飞机结构、铆钉、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件。 L Y12合金铝的化学成份 硅Si 铁Fe 铜Cu 锰Mn 镁Mg 铬Cr 锌Zn 钛Ti 其它元素铝每个总计0.5 0.5 3.80－4.90 0.30－0.90 1.20－1.80 0.10 0.25 0.15 0.05 L Y12合金的机械及物理性能 抗拉强度MPa 470 0.2%屈服强度MPa325 伸长率％10 疲劳强度105 硬度HB120 电导率20°C 30 20°C电阻率n.m 48 弹性模量68 密度KG.m-3 2770 2024的合金元素为铜，被称为硬铝，具有很高的强度和良好的切削加工性能，但耐腐蚀性较差。广泛应用于飞机结构（蒙皮、骨架、肋梁、隔框等）、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他各种结构件。 化学成分(Chemical Composition Limits wt%) Cu Si Fe Mn Mg Zn Cr Ti Pb.Bi Al 3.8- 4.9 0.50 0.50 0.3-0.9 1.2-1.8 0.25 0. 10 0.15 / 余量 典型合金2024-T351机械和物理性能(Typical Mechanical & Physical Properties) 焊接性切削性耐蚀性电导率20℃(68℉)(%IACS) 密度(20℃)(g/cm3) 受限很好差30-40 2.78 抗拉强度(25°C MPa) 屈服强度(25°C MPa) 硬度 500kg力10mm球延伸率 1.6mm(1/16in)厚度最大剪应力 MPa 472 325 120 10 285 补充：2024疲劳强度较好。
铝合金技术参数
理论上是，要看成型方法i: 的左右，挤压的，锻造的
1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，粉 1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备是其典型用途 1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的部件，例如化工产品、食品工业装置与贮存、薄板加工件、深拉或旋压凹形、焊接零部件、热交换器、印刷板、、反光器具1145 包装及绝热铝箔，热交换器
1199 电解电容器箔，反光沉积膜 1350、导电绞线、汇流排、带材 2011 螺钉及要求有良好切削性能的产品 2014 应用于要求高强度与（包括高温）的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料，车轮与结构元件，多级火箭第一级燃料槽与航天器零件，卡车构架与悬挂系统零件 2017 是第一个获得工业应用的2XXX系合金，它的应用范围较窄，主要为、通用零件、结构与运输工具结构件，与配件 2024 飞机结构、铆钉、构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件 2036钣金件 2048 航空航天器结构件与兵器结构零件 2124 航空航天器结构件 2218和柴油发动机活塞，飞机发动机汽缸头，喷气发动机叶轮和环 2219 航天火箭焊接氧化剂槽，蒙皮与结构零件，工作温度为-270~300℃。焊接性好，断裂高，T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力
2319 焊拉2219合金的和填充焊料 2618 模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件 2A01 工作温度小于等于100℃的结构铆钉 2A02 工作温度200~300℃的的轴向压气机叶片 2A06 工作温度150~250℃的飞机结构及工作温度125~250℃的航空器结构铆钉 2A10 强度比2A01合金的高，用于制造工作温度小于等于100℃的航空器结构铆钉 2A11 飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与件。航空器的中等强度的螺栓与铆钉 2A12 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等，建筑与交通运输工具结构件 2A14 形状复杂的自由锻件与模锻件 2A16 工作温度250~300℃的航天航空器零件，在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱 2A17 工作温度225~250℃的航空器零件 2A50 形状复杂的中等强度零件