铝合金与大多数金属材料一样,通常对平均应力较敏感。特别是拉伸平均应力对疲劳强度有不利的影响,能够促进裂纹的萌生和扩展,导致断裂。材料的平均应力敏感性,对机械零部件的设计和应用寿命预测具有重要意义。许多关于铝合金的研究证明了这一课题的必要性,这些研究主要集中在合金的平均应力对疲劳强度的影响程度,以及用不同的数值方法计算疲劳寿命。等通道角压(ECAP)是最突出的大塑性变形(SPD)许多研究证明,技术之一已经应用于实验室和工业规模ECAP处理对铝合金高周疲劳行为有益,但严重塑性变形对铝合金平均应力敏感性的影响仍为空白。
德国开姆尼茨工业大学的研究人员为6082铝合金单道ECAP加工,并与常规挤压峰时效铝合金进行比较。ECAP影响高周疲劳行为和疲劳强度的平均应力敏感性。相关论文题为Equal-channel angular pressing influencing the mean stress sensitivity in the high cycle fatigue regime of the 6082 aluminum alloy”发表在Materials Science & Engineering A。
论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140014
6082铝合金常规挤压截面15×15mm正方形实心型材,为达到峰值应力铝合金530℃×60min固溶处理后进行170℃×65h时效处理,下文简称为T6(屈服强度297MPa;抗拉强度307MPa;伸长率23.7%)。上述固溶处理后,立即单次进行室温ECAP(角度90°;速度50mm/min),后进行170℃×40min时效处理,其中冷塑性变形后人工时效的工艺顺序称为T8,下文简称为T8 ECAP(屈服强度332MPa;抗拉强度345MPa;伸长率18.3%)。在室温下拉-压(R=-1)、拉(R=0)和拉-拉(R=0.1)高周疲劳试验在三种拉压比下进行。
研究发现,在挤压峰时效下(T6)纤维组织结构强(晶粒)5-40μm),在ECAP处理后,微结构不均匀,由于局部塑性应变,晶粒尺寸小于1μm、宽度为40μm细晶剪切带。挤压峰值时效合金的疲劳强度受应力比的影响很大,因此具有明显的平均应力敏感性,高应力比平均应力的增加导致疲劳强度范围的下降。T6单次合金ECAP在所有应力比下,疲劳强度振幅显著增加。此外,平均应力的影响降至接近零,不同应力的疲劳强度几乎相同。ECAP经过处理后,合金对压缩应力更敏感ECAP处理引入的剪切变形,压缩载荷和挤压峰值时效合金(362±4 MPa)相比表现出较小的屈服强度(355±2 MPa)。
图1T6态和T8 ECAP态显微组织
图2 6082铝合金T8 ECAP疲劳加载后断口表面的光学显微图
研究表明,平均应力敏感性不仅受到拉伸屈服强度的影响,而且与材料的微结构、力学性能和加工方法密切相关。疲劳强度对应力比的依赖主要受到某一加载方向的敏感性的影响。压缩加载和拉伸加载在高循环疲劳状态下同样重要。
图3 在三种应力比下,常规挤压6082铝合金T6态和T8 ECAP状态疲劳行为
图4 6082铝合金常规挤压T6态和T8 ECAP态疲劳强度NE=107平均应力敏感性
(文:破风)
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