相位角加载条件下2A12铝合金多轴疲劳失效行为
热循环作用下2A12铝合金的微观结构与性能
第 23 卷第 4 期中国有色金属学报 2013 年 4 月 V ol.23 No.4 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Apr. 2013 文章编号：10040609(2013)04093905热循环作用下 2A12 铝合金的微观结构与性能万明珍 1 ，张在强 1 ，吕 鹏 1 ，季 乐 1 ，邹 阳 1 ，蔡 杰 1 ，关庆丰 1,2(1. 江苏大学 材料科学与工程学院，镇江 212013；2. 吉林大学 超硬材料国家重点实验室，长春 130012)摘 要：为了考察低地球轨道卫星运行环境下金属材料的冷热疲劳损伤机制，采用模拟实验，并利用光学显微镜、 XRD、TEM 及显微硬度仪分析研究热循环作用下2A12铝合金的微观结构和性能的演化行为。
结果表明: 在200 次以内的热循环过程中，样品硬度有所降低；200~300 次循环样品则出现循环硬化现象；300 次循环后，样品硬 度迅速下降，出现循环软化现象。
微结构分析结果表明：热循环过程中，2A12 铝合金的性能变化与其微观结构 的演化行为关系密切， 300次热循环时， 样品中形成了大量尺寸细小的针状S′相(Al2CuMg)； 而500次循环样品中， S′相消失，代之以粗大S相(Al2CuMg)的形成。
此外，500次热循环后，析出相附近区域形成大量的空穴，这些空 穴容易成为冷热疲劳裂纹萌生的有利位置。
关键词：热循环；2A12铝合金；微观结构；疲劳损伤中图分类号：TG146.21 文献标志码：AMicrostructure and properties of2A12 aluminum alloy under thermocyclingWAN Mingzhen 1 , ZHANG Zaiqiang 1 , LÜ Peng 1 ,JI Le 1 , ZOU Yang 1 , CAI Jie 1 , GUAN Qingfeng 1, 2(1.School of Materials Science and Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China;2.State Key Laboratory of Superhard Materials, Jilin University, Changchun 130012, China)Abstract: The fatigue damage mechanisms of metal material under the satellite operation condition of low earth orbit environment were investigated. Optical microscopy, Xray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and microhardness tester were used to investigate the evolution behavior of microstructures and properties of 2A12 aluminum alloy under various thermal cycles. The results indicate that the hardness decreases a little within 200 cycles, and the cyclic hardening phenomenon appears in the 200−300 cycles. After 300 cycles, the hardness of sample decreases evidently, the cyclic softening phenomenon turns up. The changes of performances of 2A12 aluminum alloy during the thermocycling process are closely related to the microstructural evolution. There are a lot of needlelike S′ phases (Al2CuMg) with small sizes in the samples after 300 thermal cycles. Up to 500 cycles, the S′ phases disappear, and bulky S phases (Al2CuMg) form. In addition, a large number of the cavities appear near the precipitates. The cavities are likely to become the favorable positions for the initiation of fatigue cracks.Key words:thermocycling; 2A12 aluminum alloy;microstructure; fatigue damage随着昼夜的交替，在低地球轨道(一般是指在 100~1 000 km 范围内的轨道)运行的卫星所处环境的 温度变化范围较大，最大可达−140~110 ℃ [1−2] ，这种 交替的热循环势必对材料内部的应力状态乃至力学性 能产生重要的影响，即造成所谓的冷热疲劳损伤 [3−5] ， 因此，有必要开展航天材料的冷热疲劳损伤研究。
硬铝合金2A12的蠕变损伤行为及分析
图 5 持久强度曲线 F ig 5 T he curves for creep rupture streng th
损伤。金属的蠕变一般发生 在高温环境下 持续加 载, 在这时 , 金属的粘塑性就产生延性变形, 金属蠕 变损伤主要是材料内部的晶格间位错的累积, 进而 在晶界和晶格间产生微裂纹、 微孔洞 。考虑蠕 [ 2~ 3] 变与损伤的耦合, 采用了修改后的 K-R 模型 :
5 结论
( 1) 平 板蠕变试 验与数值 模拟结果 具有一致 性 , 所获得的试样中心蠕变曲线有明显的减速、 恒速 和加速的三个阶段。 ( 2) 试样损伤的局部化特征很明显, 试样的失 效首先发生在试样两端距中心约 9~ 10mm 处。 ( 3) 根据试验数据和有限元数值模拟结果, 验 证了基于 K-R 损伤理论所建立的有限元模型的合 理性。
线吻合的较好, 也存在一定差异。由于实验初始阶 段位移计调零存在人为误差以及开始时受力不稳定 导致第一阶段曲线与模拟曲线不一致, 在这里我们 忽略第一阶段的蠕变 ; 进入第二阶段以后 , 蠕变从零 开始实验与模拟曲线 吻合的较好。在接近破断时 候 , 数值模拟曲线的破断很快, 其对应蠕变率远大于 实验曲线对应值 , 这是由于在对实验进行处理求蠕 变损伤常数时, 将断裂时的损伤值设为 1 而实际上 ( 1) 在不考虑损伤时, 可以通过板在不同载荷 下的稳态蠕变率来求得蠕变参数 B, n; 考虑损伤时, 可以通过板在不同载荷下的破坏时间来确定损伤参 数 D, ( = )。
参考文献:
[ 1 ] KACHANOV L M. O n C reep R upture T i m e [ M ]. A cad N auk SSSR, O td T ech N auk , 1958 . [ 2] KACHANOV L M. In troduction to Continuum D a m age M e chan ics [M ]. M a rtinus N ijho ff Publishers D ordrecht The N ether lands , 1986 . [ 3] KACHANOV L M. The T heo ry o f C reep [M ]. Br itish Li brary BostonSp W etne rley , 1960 . [ 4] RABOTNOV Y N. C reep P roble m s in Structura lM e m bers [M ]. N orth -H o lland Am ste rda m, 1969. [ 5] LEM A ITRE JA. Course on D amage M echan ics [M ]. Ber lin: Springer V erlag, 1992. Izv
2A12铝合金在含Cl_环境中的腐蚀行为和规律研究_李涛(1)
2 实验结果
2. 1 金相组织观察 实验所用 2A12 铝合金的微观组织如图 1 所
示，可以看出，在 2A12 铝合金的微观结构中存在
1
(a)第二相粒子 1
2
(b)第二相粒子 2 图 1 2A12 铝合金微观结构的 SEM 照片
大量的 第 二 相 粒 子，大 多 为 不 规 则 圆 球 状，如 图 1（ a） ，或长条状，如图1 （ b） ． 这些第二相粒子 是为提高铝合金机械性能而人为添加的合金元 素，并经过一定的热处理产生的．
的重力作用，从基体呈小片状剥落，如图 3（ d） 所 示，这主要是由于合金中 Mg 的添加，使其耐蚀性 变差．
去除试样表面的腐蚀产物，得到如图 4 所示 的微观形貌图． 浸泡 96 h 后，试样发生了明显的 点蚀． 在试样表面有许多孤立的点蚀坑． 随着腐蚀 时间的延长，到 240 h，点蚀密度增加，蚀孔的直径 和深度增大，平均直径约为 10 μm． 局部点蚀相互 交联并发生了片状剥落． 随着浸泡时间进一步延 长，腐蚀加剧，点蚀坑逐渐变大变深，基体发生层 片状剥落的区域增多，且剥落面积和深度增加，如 图 4（ c） 、（ d） 所示．
2A12 铝合金因其具有的比强度高，延展性 好、易加工成型和电性能优良等一系列优点，在交 通、能源、电 子、航 空 航 天 等 领 域 得 到 广 泛 的 应 用［1］． 作为使用最为广泛的飞机结构材料及国防 武器装备轻量化的关键材料之一，近年来用量不
真空环境下峰时效态2a12合金的疲劳行为
真空环境下峰时效态2a12合金的疲劳行为
2A12合金是一种高强度铝合金，适用于航空航天和国防等需要高强度和轻量化的领域。
在使用过程中，2A12合金可能会受到反复负荷，导致疲劳裂纹的产生和扩展，最终导致结构失效。
因此，了解2A12合金在不同环境下的疲劳性能是十分重要的。
本文基于以往的研究，着重分析了2A12合金在真空环境下的疲劳行为和疲劳裂纹扩
展机制。
该实验采用材料力学试验机和砂轮法制备试件，并考虑到真空环境的高温和低温
影响，通过加载应力幅和载荷频率控制的方式，研究了2A12合金的疲劳寿命和疲劳断口。
实验结果表明，在真空环境下，2A12合金的疲劳寿命与其它环境下的疲劳寿命相比，有所提高。
这可能是由于空气中的氧气等杂质对合金表面产生的氧化膜有阻碍作用，而在
真空条件下这种现象被消除，使得试件表面更加光滑和均匀，从而改善了疲劳强度和寿命。
此外，根据断口形貌和疲劳裂纹扩展机制的分析，发现在真空环境下，2A12合金试件的疲劳断裂方式为混合型断裂，即包含疲劳初期的裂纹扩展和终期的塑性破坏。
与空气环
境下不同，在真空条件下裂纹扩展的速率更慢，这可能是由于真空环境下合金的应力松弛
效应得到了减缓，从而延缓了裂纹扩展的速度。
LY12CZ铝合金的多轴非比例疲劳行为
2A12铝合金微动疲劳塑性应变分析_徐丽
trailing edge was more than that in leading edge. The maximum value of plastic strain of axial stress and shear stress was on the boundary of
stick-slip zone.
的轴向应力和响应应力值的差使试件产生微动。
循环载荷和应变硬化不敏感，而棘轮效应则对循环载荷和 应变硬化的非常敏感。 Kindervater 等[11]通过对铝合金的微 动疲劳研究表明这些特性对应变速率并不敏感，因此他们 用各向同性硬化弹塑性模型来模拟微动疲劳。本文用双线 性 弹 塑 性 本 构 方 程 来 体 现 2A12 铝 合 金 微 动 疲 劳 接 触 弹 塑性响应进行分析，该方程用 Von Mises 屈服曲面定义各 向同性硬化。
②随着塑性应变的增
00.000
0.005
0.010 剪应变
0.015
图 7 节点剪应力剪应变变化
0.020
0 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025
剪应变
图 8 节点剪应力剪应变变化
加， 剪应力最大值和最小 值趋于稳定。 相比与接触 前缘， 接触后缘的滑动幅
of contact zone, also the ratcheting behavior was very serious. Otherwise, the leading edge nodes of contact zone only exhibited elastic
shakedown. The maximum and minimum value of shear strain tended to stability with plastic strain increasing. The slip amount near the
温度对2E12铝合金疲劳性能与断裂机制的影响
厚度约 0 1mm, 合金化学成分结果示于表 1 , 热处理 状态 T 4 。疲劳试样参照国标 GB3075 试样标准加工
[ 11 ]
82 矩形光滑
。
表 1 实验用 2E12合 金化学成分分析 / w t % T ab le 1 Che m ica l composition of investiga ted 2E12 alloy Cu 4. 23 Mg 1 . 4 Mn 0. 56 Fe 0. 08 Si 0. 06 Ti 0. 02 Al Ba l
第 27卷
第 6期
航
空
材
料
学
报
V o l 27, N o 6 D ecember 2007
2007 年 12 月
JOURNA L O F A ERONAU T ICAL MAT ER I AL S
温度对 2E12铝合金疲劳性能与断裂机制的影响
杨
公司 , 哈尔滨 115001) 摘要 : 采用疲劳实验、 SEM 及 TEM 等分析测试手段 , 研究温度对 2524-T4 合金疲劳寿命及断裂机制 的影响。实 验结果表明 , 服役温度对合金疲劳寿命及断裂机制有显著 的影响 , 温度升高 导致合 金在寿命 106 次条件 下疲劳 强度降低 , 100 合 金的疲劳 强度较 - 55 下降约 30 M Pa 。由于 不同温度 条件下疲劳 过程中位 错、 二 次相及晶 界间相互作用机制的不同 , - 55 条件下合金断裂表现出较强的晶体学裂纹特征 , 室温和高 温条件下 断口主要 以穿晶断裂为主 , 同时伴随局部沿晶断裂特征。 关键词 : 2524 -T 4; 温度 ; 疲劳 ; 断裂机制 中图分类号 : TG111 8 文献标识码 : A 文 章编号 : 1005-5053( 2007) 06-0001 -05
2A12铝合金焊接接头力学性能的分析.
2A12铝合金焊接接头力学性能的分析焊接接头的力学性能试验主要是测定焊接接头在不同载荷作用下的强度、硬度、塑性和韧性。
焊接接头包括母材、焊缝金属和热影响区三个部分，其特点是存在金相组织和化学成分的不均匀性，从而导致存在力学性能的不均匀性。
3.5.1 拉伸试验拉伸试验设备及程序按GB228-87《金属拉力试验法》标准规定进行。
试样在微机控制电子万能实验机机上进行拉伸试验，测试焊缝金属的抗拉强度和延伸率；本次实验用机器型号是RG M-310，规格100Kg，准确度级别0.5级。
焊接接头拉伸试验一般都采用横向试件。
如果焊缝金属强度超过母材金属强度，大部分的塑性应变将在母材金属内出现，从而造成在焊缝区域以外的颈缩和破坏，说明焊缝金属强度超过母材，但不能说明焊缝的塑性。
当焊缝金属强度远远低于母材时，塑性应变集中于焊缝内发生，局部的应变将导致比正常标距低的伸长率。
所以横向焊接接头拉伸试验可以作为接头抗拉强度的尺度，但不能评价接头的屈服点与伸长率。
焊缝金属拉伸试验一般采用试样的轴线与焊缝金属轴线平行，整个试样由焊缝金属加工而成。
(1样坯的制取试件的制备应符合GB2649的有关规定。
样坯可从焊接试件上垂直于焊缝轴线截取，机械加工后，焊缝轴线应位于试件平行长度的中心。
样坯截取位置、方法及数量也按GB2649的有关规定。
铝合金焊接接头的力学性能检测常用如图3.12所示的试样，试样尺寸见表3.3。
图3.12 2A12铝合金焊接接头拉伸试样注：去掉余高铝合金焊接接头拉伸试样的尺寸长为79mm，宽为7mm,厚度为2mm。
(2试样及其制备每个试样均应打有标记，以识别它在被截试件中的准确位置。
试样应采用机械加工或磨削方法制备，要注意防止表面应变硬化或材料过热。
在受试长度范围内，表面不应有横向刀痕或划痕。
若有关标准或产品技术条件无规定时，则试样表面应用机械方法去除焊缝余高，使与母材原始表面齐平。
(3实验结果及分析将制备好的试样拿到液压实验机上做拉伸试验，分别测出它们的拉伸强度。
铝合金材料的疲劳寿命测试方法
铝合金材料的疲劳寿命测试方法铝合金材料常用于各种工业产品和结构材料中，其疲劳寿命测试方法是评估其使用寿命和可靠性的重要手段之一。
以下将介绍几种常见的铝合金材料疲劳寿命测试方法。
一、旋转梁试验法旋转梁试验法是最常用的铝合金材料疲劳寿命测试方法之一。
该方法使用旋转梁进行试验，通过施加往复加载，观察铝合金材料在不同次数循环加载下的疲劳行为。
试验结果可以得到材料的疲劳极限、疲劳寿命和疲劳裂纹扩展速率等重要参数。
在旋转梁试验中，需要注意加载方式和加载幅值的选择。
加载方式可以选择轴向加载、弯曲加载或轴向加弯曲加载等不同方式，根据具体材料和应用情况选择最适合的加载方式。
加载幅值应根据材料的强度和载荷情况进行合理选择，以保证试验结果的准确性和可靠性。
二、往复加载试验法往复加载试验法是另一种广泛应用于铝合金材料疲劳寿命测试中的方法。
该方法使用往复加载设备，通过施加不同载荷幅值和频率进行试验，观察铝合金材料在循环加载下的疲劳响应。
试验结果可以提供材料的疲劳极限、疲劳寿命和变形行为等信息。
在往复加载试验中，需要确保加载设备的精度和稳定性，以及试验样品的准备和保护。
加载幅值和频率的选择需要根据具体应用场景和材料的实际工作条件进行合理确定，以模拟实际使用情况，确保试验结果的真实性和代表性。
三、应力比加载试验法应力比加载试验法是一种将不同振幅应力加载到铝合金材料上的方法，通过控制应力的大小和比例，评估材料在不同载荷工况下的疲劳性能。
该方法可用于疲劳极限的测定和预测材料在实际工程中的疲劳寿命。
在应力比加载试验中，需要选择合适的应力比例和加载振幅，以模拟真实工作环境中的应力状态。
同时，需要保证试验设备的精度和稳定性，以及试验样品的准备和保护，以获取准确可靠的试验结果。
总结：铝合金材料疲劳寿命测试方法可以通过旋转梁试验法、往复加载试验法和应力比加载试验法等多种方法进行。
不同的试验方法适用于不同的材料和实际工程应用场景，试验过程中需要注意加载方式、加载幅值和频率的选择，以及试验设备的准确性和试样的保护。
特殊运动器材2A12铝合金疲劳性能与裂纹扩展行为
特殊运动器材2A12铝合金疲劳性能与裂纹扩展行为作者：***来源：《粘接》2022年第07期摘要：为更好的观察特殊运动器材2A12铝合金在应力条件下的裂纹扩展状况，将通过三维重建方法对2A12铝合金的疲劳寿命以及裂纹扩展状况进行检测，在检测过程中引进CT扫描技术，这样可更加清晰地观察裂纹扩展状况为后续研究提供有效技术支持。
针对特殊运动器材2A12铝合金在疲劳状态下产生的裂纹对其进行修复与愈合，并通过搅拌摩擦裂纹修复技术进行实验分析，为特殊运动器材2A12铝合金疲劳裂纹的修复环境营造良好氛围。
关键词：2A12铝合金;疲劳裂纹扩展;搅拌摩擦裂纹修复技术;三维重建中图分类号：TQ132.1 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2022）07-0061-04Fatigue performance and crack growth behavior of special sportsequipment 2A12 aluminum alloyZHAO Manman（Xi’an Peihua College，Xi’an 710125， China）Abstract：In order to better observe the crack growth status of special sports equipment 2A12 aluminum alloy under stress conditions， the fatigue life and crack growth status of 2A12 aluminum alloy will be inspected through three-dimensional reconstruction methods， and CT scanning technology will be introduced in the inspection process to provide for clearer observation of crack growth and effective technical support for further studies. The research repairs and heals the cracks generated in the fatigue state of 2A12 aluminum alloy for special sports equipment， and will conduct experiments and analysis through friction stir crack repair technology to create a good atmosphere for the repair environment of 2A12 aluminum alloy fatigue cracks in special sports equipment.Key words：2A12 aluminum alloy; fatigue crack growth; friction stir crack repair technology; three-dimensional reconstruction随着我国科技的高速发展，航空航天等领域中构件易形成疲劳状态已经成为不可忽略因素，由于构件长时间处于高负荷作业之中，大部分零件主要由2A12铝合金作为主要制作材料;因此，2A12铝合金在疲劳状态下形成的裂纹以及扩展现象成为众多学者重点关注的研究对象。
船用钢-铝过渡接头复试环境下多轴疲劳失效机理
船用钢-铝过渡接头复试环境下多轴疲劳失效机理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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不同应力幅比加载下2A12铝合金的多轴疲劳性能
不同应力幅比加载下2A12铝合金的多轴疲劳性能陈亚军;王先超;王付胜;周剑;吴悦雷【摘要】采用SDN100/1000电液伺服拉扭复合疲劳试验机对2A12铝合金进行不同应力幅比下的多轴疲劳实验,观察试样断口形貌并结合加载过程中的疲劳循环曲线进行失效机理分析.结果表明:单级加载条件下,随应力幅比的增加合金的疲劳寿命提高,纯扭转条件下断面存在平整的光滑区域,随应力幅比的增加断面划痕减少,并能观察到疲劳条带以及鱼骨状、鳞片状和蜂窝状特殊形貌;不同应力幅比累积路径下,多轴疲劳寿命随一级加载周次变化的规律不同;高-低应力幅比累积路径下,拉压方向一级高应力幅比加载阶段出现明显的循环硬化现象,材料产生"锻炼效应".%The multiaxial fatigue behavior of 2A12 aluminum alloy was studied withSDN100/1000 electro-hydraulic servo tension-torsion fatigue tester under different stress amplitude ratios, the fracture morphology and the fatigue loading curve were observed to study the failure mechanism.The results show that, under the one stage loading condition, the fatigue life prolongs with the stress amplitude ratio increasing.Under pure torsion loading, smooth and even area exists in the fracture surface.As the stress amplitude ratio increases, the number of scratch reduces, the fatigue striation and some special morphology such as the fishbone pattern, scale pattern and honeycomb pattern can be observed;under cumulative paths of different stress amplitude ratios, the variation of multiaxial fatigue life changes with first stage loading cycles;under cumulative paths of high-low stress amplitude ratio, the cycle hardening occurs obviously in the axial directionfor the first stage high stress amplitude ratio loading and 2A12 alloy shows training effect.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2017(045)009【总页数】7页(P136-142)【关键词】2A12铝合金;应力幅比;多轴疲劳;失效机理;锻炼效应【作者】陈亚军;王先超;王付胜;周剑;吴悦雷【作者单位】中国民航大学中欧航空工程师学院,天津 300300;中国民航大学中欧航空工程师学院,天津 300300;中国民航大学中欧航空工程师学院,天津 300300;中国民航大学中欧航空工程师学院,天津 300300;中国民航大学中欧航空工程师学院,天津 300300【正文语种】中文【中图分类】O346.22A12铝合金具有良好的成型工艺和焊接性能，其比强度、断裂韧度较高且具有良好的耐腐蚀稳定性，在飞机结构中应用广泛，是构成机身蒙皮、翼梁、隔框等承力构件的重要材料[1，2]。
基于断口观测的2A12铝合金微动疲劳损伤研究
基于断口观测的2A12铝合金微动疲劳损伤研究徐丽;武书阁;赵智姝;郁大照【摘要】在航空方面,微动损伤会导致飞机产生隐蔽的多裂纹,甚至造成灾难性事故的发生.基于断口的微动疲劳损伤研究非常重要,能从本质上了解裂纹成核及扩展机理.为了更好地理解2A12铝合金的微动疲劳微观损伤机制,利用专用设备对微动疲劳断口进行观测及分析,结果表明:裂纹大多由小坑处产生,坑深并不是裂纹成核的主要因素;氧化磨屑渗入到裂纹中达10多微米,使裂纹在常规检查中很难被发现;裂纹成核于试件的表面或次表面,为穿晶扩展;微动疲劳会导致多裂纹的产生,但只有一两条裂纹成为主导裂纹.【期刊名称】《强度与环境》【年(卷),期】2016(043)005【总页数】5页(P52-56)【关键词】2A12铝合金;微动疲劳;断口观测;损伤研究【作者】徐丽;武书阁;赵智姝;郁大照【作者单位】海军航空兵学院,葫芦岛125001;海军航空兵学院,葫芦岛125001;海军航空兵学院,葫芦岛125001;海军航空工程学院,烟台264001【正文语种】中文【中图分类】V215微动[1]是发生在两接触面上的一种磨损现象，通常出现在有微小相对运动的接触表面上。
产生微动的原因有振动、冲击、热膨胀和外部循环应力等。
它常存在于那些近似紧固的结构件中，位移幅度一般为微米量级。
微动损伤可能导致严重的不良后果，甚至造成灾难性事故的发生[2-4]。
例如飞机蒙皮各种铆钉联接、搭接结构螺栓联接及销联接因微动疲劳而失效；飞机发动机叶片与轮盘连接处的榫结构因微动疲劳而断裂；直升机桨叶和桨毂联接处因微动疲劳而断裂；直升机传动系统单元零件（齿轮、轴承及轴）；飞机导管因微动磨穿漏油、漏气；电缆插头的销钉与销钉孔间因微动磨损和腐蚀使电阻增大、仪表指示不准确等[5-7]。
微动疲劳损伤微观研究非常重要，能从本质上了解磨损和接触应力在疲劳裂纹扩展中的作用。
为了更好地理解2A12铝合金的微动疲劳微观损伤机制，本文利用KH-7700体视显微镜和ULTRA55场发射扫描电子显微镜观察疲劳断口形貌，确定微动疲劳裂纹源区域，分析微动疲劳断裂机理，测定微动磨损产物元素组成。
2D12铝合金超声滚压疲劳性能的试验研究
2D12铝合金超声滚压疲劳性能的试验研究杨巍;刘鹏;许良;回丽;周松;杨林青【摘要】超声滚压技术是利用超声振动能量在材料表面产生塑性变形从而提高材料表面性能的一项技术.对处理前后的航空用2D12铝合金进行疲劳性能测试,结合金相组织、残余应力对比分析加工前后试样疲劳性能的改变.结果表明,超声滚压加工对提高材料的可靠性有着极大的帮助,并证实超声滚压加工后材料的疲劳寿命在相同应力条件下较之前提高了7倍.【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2015(043)010【总页数】4页(P61-63,68)【关键词】超声滚压技术;疲劳寿命;塑性变形;2D12铝合金【作者】杨巍;刘鹏;许良;回丽;周松;杨林青【作者单位】中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司制造工程部,沈阳110136;沈阳航空航天大学机电工程学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学机电工程学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学机电工程学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学机电工程学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学机电工程学院,沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TG306随着现代科技的发展，工业领域对机械装备零部件的使用性能和服役寿命的要求越来越严格，不仅要满足基本的寿命要求，还要适应各种复杂的服役环境。
一种材料的性能优越与否往往取决于这种材料的表面性能，其中包括硬度，耐磨性等。
对材料这些性能的研究成为当今制造领域研究的一个热点。
尤其是在航空装备飞速发展的今天，随着各种技术的革新和新机型的推出，对材料疲劳性能的要求也日益严格。
因此，将超声波表面处理技术应用于航空材料方面的研究具有重要的意义。
2D12铝合金是一种Al-Cu-Mg系的中强度铝合金，与美国的2124铝合金相类似，是在2A12铝合金基础上降低Fe、Si杂质含量，并采用特殊生产工艺加工出来的，具有较高的抗拉强度和良好的塑性，在飞机的承力构件方面应用广泛［1］。
由于飞机在服役过程中要经常承受循环载荷的作用，经过一定的循环次数后，承力构件势必会产生微小裂纹，从而扩展成肉眼可见的宏观裂纹导致疲劳失效。
2A12铝合金超声疲劳试验研究
2A12铝合金超声疲劳试验研究1王宠1 李棠 王清远121、1成都 四川大学 建筑与环境学院 6100652绵阳 西南科技大学 土木工程与建筑学院 621010E-mail：wangchongscu@摘 要：本文利用超声疲劳试验的原理，采用光滑试样，宏观观测与细观测试相结合，研究了2A12铝合金的超长寿命疲劳性能。
超声疲劳试验在频率f=20kHz, 应力比R=-1，室温下进行到109。
结果表明，对于实验材料，不存在所谓的“疲劳极限”，其S-N 曲线表现为分段连续下降的特征。
材料性能在低应力超高周疲劳条件下发生了改变。
用扫描电镜（SEM ）观察实验材料的疲劳断口，发现裂纹萌生于试件表面。
关键词：超声疲劳 疲劳裂纹 2A12铝合金 超高周1．引言2A12合金为典型的硬铝合金,在50年代中期就成功地用于航空工业。
长期以来，2A12合金被用于制造各种类型飞机的主要受力构件如蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、骨架零件，也用来制造一些非主要受力构件。
随着航空航天工业的发展，要求机械机构能够承受高频率、小振幅的变动载荷。
因此，深入研究2A12合金的超高周疲劳行为可为航天器型号设计选材提供重要的理论依据，具有十分重要的工程意义。
]2[],1[]3[现在的疲劳设计规范通常用水平渐近线确定10～10周次范围内材料的疲劳性能。
但在许多工业部门(例如飞机,汽车,铁路,以及航空航天等),其部件经常面临着高频低幅载荷,承受重复载荷次数可高达10～1012个应力循环。
一台以3000 r/ min 速度运行的涡轮发电机在20年服役期内要经历10个应力循环 ,即十亿周次以上的疲劳。
常规的机电液压活塞不能提供超过100 Hz 频率的疲劳载荷。
实验时间和费用的制约排除了用常规的疲劳试验机测试结构材料在10周次循环以上的疲劳性能。
而超声疲劳实验方法(频率介于15～22kHz) 正好解决了这一困扰。
例如,用一台20 Hz 的常规疲劳试验机对一个试件进行低应力循环加载,要达到10个应力循环则需要1.6年,同样的实验用超声疲劳实验方法(频率20 kHz)只要14个小时。
2A12铝合金的多轴加载疲劳行为
2A12铝合金的多轴加载疲劳行为陈亚军;王先超;王付胜;刘波【摘要】The multiaxial fatigue behavior of 2A12 aluminum alloy was studied with SDN100/1000 electro-hydraulic servo tension-torsion fatigue tester under multiple variables,and the failure mechanism was investigated by scanning electron microscopy (SEM).The results show that under the loading condition of equivalent stress,the fatigue life decreases with the increase of phase angle.For the phase angle 0°,some special features can be observed in the crack initial zone,such as the tire pattern,fishbone pattern and stalactite pattern.There are secondary cracks and vague fatigue striations in the crack propagation zone;the multiaxial fatigue life decreases with the change of mean stress for tension or torsion.Some white flocculent oxides can be found in the crack initiation zone,and secondary crack as well as shear-type elongated dimples in the instantaneous fracture zone;facing different loading waveforms,the multiaxial life of sine wave is the longest,triangle wave in the second place,and the square wave is the shortest,under the loading condition of equivalent stress,square wave leads to the maximum structural energy dissipation.Under the low and high two step loading,2A12 shows training effect.%采用SDN100/1000电液伺服拉扭复合疲劳试验机对2A12铝合金进行多关键参数的多轴疲劳性能研究,通过对断口的微观分析探究疲劳失效机理.结果表明:等效应力加载条件下,随拉扭相位差的增加疲劳寿命降低,0°相位差下断面裂纹源区能观察到轮胎状、鱼骨状以及钟乳石状的特殊形貌,裂纹扩展区存在二次裂纹和模糊的疲劳条带;分别改变拉、扭平均应力,多轴疲劳寿命均降低,裂纹源区能看到白色絮状的氧化物,瞬断区存在二次裂纹和剪切型韧窝;不同加载波形条件下,正弦波对应最长的多轴疲劳寿命,三角波次之,方波时最短且体现出最大的结构耗能.低-高两级加载条件下,材料产生“锻炼效应”.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2017(045)008【总页数】8页(P68-75)【关键词】2A12铝合金;多轴疲劳;失效机理;两级加载;锻炼效应【作者】陈亚军;王先超;王付胜;刘波【作者单位】中国民航大学中欧航空工程师学院,天津300300;中国民航大学中欧航空工程师学院,天津300300;中国民航大学中欧航空工程师学院,天津300300;中国民航大学中欧航空工程师学院,天津300300【正文语种】中文【中图分类】O346.22A12铝合金具有较高的比强度、比刚度、断裂韧度以及良好的耐腐蚀稳定性，是制造飞机结构及零部件的理想材料,其在飞机机身以及机翼的蒙皮结构、翼梁、翼肋、隔框等主要受力构件和一些非主要受力构件中均有大量应用[1，2]。
2A12合金疲劳断口附近的显微组织
2A12合金疲劳断口附近的显微组织Z分析了2AU Q您住霓揃丸P环境、峑沿真空坏墟和抵掘瓦空坏境卜疫劳斷口附近的晁徽组殂.研究了不同环境下2A12合金疲劳魏纹萌生机制.5J 2A12合金试样的原始组织图5-1航出2A12介金试样的原姑显檄禺织.图5-1 2AJ2住金吹样的朋始也峨织探屮第：fH b»fu射花样"人dj位铝殂fe图5・la）为第：相.图5・lb）为笫：相的衍射花佯。
经衍射花样和能谱分析确定不是析出相，而是固溶未溢相，图5・lc）为亚晶.平均尺寸没何变化. !H5-ld）为位错组态。
通过透射电子显傲镜观察,2A12合金试样没有大尺寸的析出相，这可能是由于2A12合金采取自然时效，相比人工时效需要更多的时何才能够回复.2A12合金基体里主耍仃基体a相和固溶未溶相。
5.2 2A12合金室温大气环境疲劳断口附近的显微组织图5-2为2A12合金试样电温大气环境下疲劳断口附近的显微组织.图5 2 2A12合兪试样羞沮大气环境昶劳断口附近的昭微姐织町亚骷b）. c）. d）位错组态从图5-2a)为2A12合金在室温大气环境下经循环变形之后的亚晶粒，从图中可以看到明显的亚晶界，经过空温大气坏境中的循环变形Z后，位错密度有所堀加.分布藥体均匀，虽然在晶界处有大虽的位错塞枳，如图5-2B),在一些未洛相的附近，也仃位错的塞枳，但不至/引起应力集中切过未洛相.如图5-2c), 5-2d)屮可以看到少虽的位错环和切过未溢相的位错，说明循坏变形促进了位错的运动，便得位错更新分布.从对室温大气环境下疲劳端口附近显微组织的观察分析可知，经过循环变形Z后，位错密度增加，整体上位错分布均匀，虽然在晶界处和一些未溢相附近俗位错的赛积，梅互缠结的，位错组态呈均匀形变的持征.位错组织还是以弯曲线状为主.有少许位错环的出现。
5.3 2A12合金室温真空环境疲劳断口附近的显微组织图5・3为2A12介金试样在室温真空环境下的疲劳断裂显微组织。
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过加 载循 环 曲线和微观 断 口形貌分析失效机理 ， 对不 同损伤 累积模型 的预 测效果进 行评 价 ， 修正 Ｍａ ｎ ｓ ｏ ｎ损伤 曲线模 型以期达到 更 好 的预 测效果 。结果表 明： 单级加载条件 下， 随相位 角正 弦值 的增加 疲 劳寿命 线 性递 减， 当相位 角为 ０ 。 时， 轴 向硬 化 、 软化 交替 出
相 位 角加 载条 件 下 ２ Ａ１ ２铝 合金 多轴 疲 劳 失效行 为／ 陈亚 军２ Ａ１ ２铝 合 金 多轴 疲 劳 失效 行 为
陈亚军 ， 王先超 ， 王付胜 ， 周 剑 ， 刘辰 辰
（ 中国 民航大学 中欧航空 工程师学院 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ０ ０ ） 摘 要 采用Ｓ ＤＮＩ Ｏ ０ ／ Ｉ Ｏ ０ ０电液伺 服拉扭复合疲 劳试验机 对 ２ Ａ１ ２ 铝合金进行 不 同相位 角加 载条件 下 多轴疲 劳试验研 究 ， 通
现， 切 向 出现 循 环 硬 化 ， ９ Ｏ 。 加 栽 下 轴 向 和切 向 单 独 作 用 效 果 明显 ； 两 级 累积 路 径 下 ， 随 一 级加 载 周 次 的 增 加 多轴 疲 劳 寿命 延 长 ， ０ 。 加
载 阶段 轴向和切 向都 出现循环硬 化现象 ， 两种路径 下断 口都呈现 出多裂纹 源特征 ， 在 裂纹源 区附近 观察到 台阶状形貌 ， 扩展 区存在
ｓ ｉ ｏ ｎ － ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｗａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｃ ｙ ｃ ｌ ｉ ｃ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｏ ｆ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — ｓ ｃ ｏ ｐ ｉ ｃ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ．Ｔｈ ｅ ｍｉ ｎ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ，Ｍ ａ ｎ ｓ ｏ ｎ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｍｏ ｄ ｅ １ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｕ ｇ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ｄ ｅ ｇ ｒ ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗｅ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ —
大量 划 痕 和 鳞 片 状 花 样 ； 修 正后的 Ｍａ ｎ ｓ ｏ ｎ损 伤 曲 线 模 型 预 测 误 差 均 在 １ ５ 以 内。
关 键 词 ２ Ａ １ ２ 铝合金 相位角 多轴疲 劳 失效机理 损伤 累积模 型
中 图分类 号 ： ０３ ４ ６ ． ２
文 献标 识码 ： Ａ
Ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｔ Ｐｈａ ｓ ｅ Ａｎｇ ｌ ｅ Ｌｏ ａ ｄ ｉ ｎｇ Ｃｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ
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