铝合金低温断裂韧性研究
2024-T3铝合金的动态断裂韧性
2024-T3铝合金的动态断裂韧性王思军;李宁;郗学奎【摘要】目的实现2024-T3铝合金动态断裂韧性的测量,揭示加载速率对动态断裂韧性的影响机理.方法采用屏蔽措施避免电磁干扰,测量2024-T3铝合金在不同加载速率下的动态断裂韧性,采用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌,理论分析加载速率对动态断裂韧性的影响机理.结果当加载速率小于103 MPa·m1/2·s-1时,2024-T3铝合金的动态断裂韧性约为35 MPa·m1/2;当加载速率高于105 MPa·m1/2·s-1时,动态断裂韧性超过40 MPa·m1/2,且随加载速率的增加而不断增大至101 MPa·m1/2.断口分析表明,加载速率较低时,断口形貌为微孔聚集型;当加载速率超过105 MPa·m1/2·s-1时,断口特征由延性韧窝向准解理形态转变.理论分析表明,上述现象主要是由于裂纹尖端的无位错区域尺寸随加载速率的增大而减小,位错对裂纹尖端应力场的屏蔽效应增大,从而导致裂纹起裂后迅速由韧窝状态向准解理状态转变.结论电磁屏蔽后的电阻应变片法,能够准确测量电磁环境下2024-T3铝合金的动态断裂韧性,且动态断裂韧性表现出明显的应变率敏感性;2024-T3铝合金的微观断裂机制在准静态下为微孔聚集型,加载速率超过105 MPa·m1/2·s-1时,材料的断裂表现为由延性韧窝形态向准解理形态转变.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2017(009)004【总页数】7页(P72-78)【关键词】铝合金;加载速率;动态断裂韧性;断面分析【作者】王思军;李宁;郗学奎【作者单位】华中科技大学材料科学与工程学院,武汉 430074;华中科技大学材料科学与工程学院,武汉 430074;中国科学院物理研究所,北京 100190【正文语种】中文【中图分类】TG21;TG24.92024-T3铝合金因具有较高的塑性、疲劳寿命、断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展性能，而广泛应用于机身机翼、抗剪肋板和腹板等结构件中[1]。
固溶处理对7050铝合金强度和断裂韧性的影响
固溶处理对7050铝合金强度和断裂韧性的影响韩念梅;张新明;刘胜胆;何道广;张荣【摘要】The influences of the solution heat treatment on the tensile properties and fracture toughness of the 7050 aluminum alloy were investigated by means of optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), the ambient temperature tensile tests and compact tension toughness testes. The results show that during the single-stage solution heat treatment, with the increase of solution temperature, coarse constituent particles are dissolved, and meanwhile, the percentage of recrystallization and the size of the subgrains increase. With the increase of solution temperature, the strength and fracture toughness firstly increase and then decrease. The two-stage solution heat treatment results in improved dissolution of coarse constituent particles, low recrystallization percentage and small size of subgrains. The strength and fracture toughness during the two-stage solution heat treatment are larger than the maximum of the single-stage solution heat treatment. The percentage of recrystallization and the size of the subgrains are small after pre-precipitation following solution heat treatment, but a large number of η phase aggregates at the subgrain boundary. Meanwhile, constituent particles dissolve out again from the matrix, which leads to the decrease of the strength and fracture toughness.%采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、常温拉伸、紧凑拉伸等实验手段研究固溶处理对7050铝合金拉伸力学性能和断裂韧性的影响.研究结果表明:单级固溶中,随着固溶温度的升高,粗大第二相逐渐溶解,但再结晶体积分数和亚晶尺寸逐渐增大,导致强度和断裂韧性均先增大后减小；双级固溶后,粗大第二相明显减少,再结晶体积分数和亚晶尺寸较小,强度和断裂韧性均超过单级固溶的最大值；固溶后预析出,虽然再结晶体积分数较低,亚晶尺寸较小,但亚晶界析出大量η相,基体内存在大量粗大第二相,强度和断裂韧性明显下降.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(043)003【总页数】9页(P855-863)【关键词】7050铝合金;固溶处理;强度;断裂韧性【作者】韩念梅;张新明;刘胜胆;何道广;张荣【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TG146.1现代飞机向大型、高速、长寿命和高安全性方向发展，要求结构材料不仅具有较高的强度，优良的耐腐蚀性能, 同时还要具有良好的断裂韧性[1-4]。
表面裂纹法研究2A14T6铝合金焊接接头低温断裂韧性
现较好 的规律 性 ； 观 断 口形貌 与 断裂韧 性试验 测试 结果 有较好 的一致 性。 微
关键 词 ： 温 低 位 移 传感 器 断裂韧性 文 献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ０ ５ ６ ２ ０ ）４０ ２ －６ １０ ￣ １ （０ ７ ０ －０ ９０ 中图分类 号 ： Ｂ ４ Ｔ ６ ３ Ｔ ６ 。 Ｂ ６
ｔ ａ ｈ ｒ ｃｕｒ ｏ ｈ ｅ ｓｇ ｎ ｒ ｌ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｅ ｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｅ ｃ ｐ ｏ ｕ ｉｎ－ｉｅ ｚ ｎ ． ｈ ｔｔ ｅ ｆａ ｔ ｅ ｔｕｇ ｎ ｓ ｅ ｅ ａ ｌ ｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ｗｉ ｔ ｅ ｄ ｃ ｅ ｓ ｆｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｘ ｅ ｔｆ ｒｆ ｓｏ ｌ ｏ ｅ ｙ ｈ ｎ
潘 勤 彦 黄 诚 熊 焕 付 绍 云 郑 斌 赵 立 中
（ 中 国科 学 院理 化 技 术 研 究 所 （ 京 宇 航 系 统 工 程 研究 所 北 北 京 １０ ８ ） ００ ０ 北京 １０７ ） ０ ０ ６
摘 要 ： 了研 究 ２ １ Ｔ 为 Ａ ４ ６铝 合 金 焊 接 接 头 （ 缝 ／ 合 线／ 影 响 区／ 材 ） 焊 熔 热 母 的低 温 （７ Ｋ ４ ２Ｋ） ７ ／ ．
ｐ ｏ ｅ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｏ ｍｅ ｓ ｒ ｈ ｒ ｏ ｅ ｉ ｒ ｃｕ ｅｔ ｕ ｈｎ ｓ Ｑ Ｔ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ｒ ｃｕ ｅ ｔｕ ｈ ｅ ｓ￣ｌｏ ｄ ｒ ｐ ｒｙ ｅ ｌ ｙ ｄ ｔ ａ ｕ ｅ ｔ ｅ ｃ ｇ ｎｃ ｆａ ｔ ｒ ｏ ｇ ｅ ｓＫ１． ｈ ｂａ ｎ ｄ ｆａ ｔｒ ｏ ｇ ｎ ｓ ｙ ｌｗｅ
铝合金热处理的研究进展
铝合金热处理的研究进展摘要：铝合金具有密度小，比刚度、比强度高，导热导电性能良好、塑性好、膨胀系数小、无低温脆性以及较好的耐腐蚀性等优点。
这些优良的性能，是铝合金能够在我国很多领域得到广泛应用的原因。
但是铝合金本身存在的硬度低，耐磨性较差，摩擦系数大等劣势，限制了其在工业以及其它行业上的进一步发展。
近年来，经济建设的快速发展，带动了航空航天、医疗设备、汽车等领域的前进步伐，而铝合金作为社会发展中较为重要的应用材料，对其综合性能的要求也越来越高。
本文首先综述了铝合金热处理技术的发展情况，介绍了铝合金热处理的特点，阐明了热处理对铝合金组织性能、腐蚀行为以及断裂韧性的影响，最后总结了热处理工艺对铝合金发展带来的重大意义和存在的问题。
关键词：铝合金；热处理；腐蚀行为；断裂韧性1铝合金热处理的特点为了提高铝合金的力学性能，使其导电性、导热性以及抗腐蚀性增强，一般通常采用热处理的方法来解决。
所谓的热处理是指为了提高沉淀硬化铸造和热轧状态合金的强度与硬度的一种加热或冷却处理。
相对于钢而言，铝合金具有独特的优势，在高温淬火后，可塑性随之升高，与此同时，铝合金的强度和硬度也会随之升高，然而钢铁在经过热处理后虽然刚度得到一定的提高，但是其可塑性降低了。
2常见的固溶、时效热处理工艺2.1铝合金的时效处理时效处理又分为自然时效和人工时效，是指使材料在室温或者较高温度下存放较长时间的工艺。
一般来说，经过时效处理后，铝合金的硬度和强度都有所增加，但是塑性、韧性和内应力相对有所降低。
2.2铝合金的固溶处理固溶处理能够使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并且使合金的韧性和抗腐蚀性能得到提高，为后期的加工和成型带来便捷。
固溶处理主要是改善合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理做好准备。
固溶处理又可细分为单极、高级、强化固溶、高温析出等普遍应用的工艺。
图1（a）所示的晶界残留相相比于图1（b）的要多，图1（d）由于温度过高，出现了过烧现象，形成三角复熔区。
ASTM G139-05用断裂负荷法测定热处理铝合金制品抗应力腐蚀开裂性的标准试验方法(中文翻译版)
ASTM G139-05(R2011)ASTM G139-05(R2015)最新用断裂负荷法测定热处理铝合金制品抗应力腐蚀开裂性的标准试验方法（中文翻译版）1本试验方法由ASTM金属腐蚀委员会G01管辖，并由环境辅助开裂小组委员会G01.06直接负责。
当前版本于2011年9月1日批准。
2011年9月出版。
最初于2005年批准。
上一版于2005年批准为G139-05。
DOI: 10.1520/G0139-05R11。
本标准以固定名称G139发布；紧跟在名称后面的数字表示最初采用的年份，如果是修订，则表示最后修订的年份。
括号中的数字表示上次重新批准的年份。
上标（ε）表示自上次修订或重新批准以来的编辑性更改。
1、范围1.1本试验方法涵盖了通过断裂荷载试验方法评估抗应力腐蚀开裂（SCC）性的程序，该方法使用剩余强度作为损伤演化（在这种情况下为环境辅助开裂）的测量方法。
1.2本试验方法包括试样类型和复制、试验环境、应力水平、暴露时间、最终强度测定和原始残余强度数据的统计分析。
1.3本试验方法适用于热处理铝合金，即2XXX合金和7XXX，含1.2%至3.0%铜，且试样的取向与晶粒结构（1，2）2相关，横向较短。
然而，用于分析数据的残余强度测量和统计数据并非针对可热处理铝合金，可用于其他试样取向和不同类型的材料。
2括号中的黑体数字是指本标准末尾的参考文献列表。
1.4本标准并非旨在解决与其使用相关的所有安全问题（如有）。
本标准的使用者有责任在使用前建立适当的安全和健康实践，并确定法规限制的适用性。
2、参考文件2.1 ASTM标准：33有关参考的ASTM标准，请访问ASTM网站，或通过Service@联系ASTM客户服务。
有关ASTM标准年鉴卷信息，请参阅ASTM网站上的标准文件摘要页。
E8金属材料拉伸试验的试验方法E691进行实验室间研究以确定试验方法精度的实施规程G44在中性3.5%氯化钠溶液中交替浸入金属和合金的暴露规程G47测定2XXX和7XXX铝合金产品应力腐蚀开裂敏感性的试验方法G49直接拉伸应力腐蚀试样的制备和使用规程G64热处理铝合金抗应力腐蚀开裂分类3、术语3.1本标准专用术语定义：3.1.1审查—一个统计术语，表明由于试验程序或条件的原因，单个观察值可能超出可测量的范围。
2050铝锂合金厚板的断裂韧性及微观组织
2050铝锂合金厚板的断裂韧性及微观组织陆丁丁;李劲风;蔡文鑫;游文;张敏【摘要】通过力学性能测试及扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),对2050铝锂合金厚板150℃T8态时效时不同方向的拉伸性能、断裂韧性及微观组织进行了研究.结果表明:随着时效的进行,2050铝锂合金厚板强度逐渐升高,伸长率和断裂韧性逐渐降低;时效至30 h时,合金达到时效峰值,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为598 MPa,568 MPa,9.6％;继续延长时效时间,合金的拉伸性能和断裂韧性均趋于稳定.T1相和θ'相的析出有利于合金强度的提高,但T1相的长大易导致应力集中和微孔形成,从而降低合金的断裂韧性.该合金在L-T方向(轧向)的拉伸性能明显优于T-L(横向)和S-L(厚向)两个方向,且断裂韧性存在明显的方向依赖性.在时效各阶段,合金的断裂韧性值在L-T,T-L,S-L三个方向上依次降低;合金晶界在L-T方向的数量较少且裂纹扩展无方向性,断裂韧性和拉伸性能较优.【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2018(012)003【总页数】8页(P183-190)【关键词】2050铝锂合金;微观组织;断裂韧性【作者】陆丁丁;李劲风;蔡文鑫;游文;张敏【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083;西南铝业(集团)有限责任公司,重庆410326;西南铝业(集团)有限责任公司,重庆410326【正文语种】中文【中图分类】TG146.2迄今为止，国际上铝锂合金已经历三代的发展.其中，第三代铝锂合金因具有比强度高、耐疲劳性能优良和热稳定性高等优点被认为是未来最理想的航空航天结构材料[1-2].采用铝锂合金取代常规铝合金，可使结构件减重10%～15%，刚度提高15%～20%[3].2050铝锂合金是第三代铝锂合金的典型代表，由Alcan公司于2004年在美国铝业公司注册，其Li含量较低，在保证强度情况下提高了合金的损伤容限[4].2050铝锂合金厚板结合了2xxx系铝合金薄板和7xxx系铝合金厚板两者优点，兼具优良的耐损伤性能和较高的强度，可用于飞行器的翼梁和翼助[4-6].与7050铝合金厚板相比，2050铝锂合金厚板具有更高弹性模量和更优良的耐损伤性能，在应用中能获得更好的减重效果[7].断裂韧性作为评价材料耐损伤性能的一个重要指标，是重点考查的性能之一[8-9].大量研究表明，铝锂合金的断裂韧性与热处理工艺，尤其是时效工艺紧密相关，且厚板不同方向上的性能也可能存在差异[10-12].国内外对应用较广泛的7xxx系铝合金和2xxx系铝合金断裂韧性已有较多的研究[13-17]，由于国内尚未立项开展2050铝锂合金研究，仅对实验室规格2050铝锂合金进行了部分研究[7]，对其厚板断裂韧性的研究基本是空白.本文研究厚度80 mm的2050铝锂合金厚板T3态时效时不同方向的拉伸性能及断裂韧性，为2050铝锂合金的工业化提供参考.1 实验部分实验材料为西南铝业有限责任公司提供的厚度80 mm的2050铝锂合金T3态板材，其拉伸预变形量为4%.从T3态厚板上取料后直接在时效炉中进行人工时效处理，即T8态时效，时效温度为150 ℃.拉伸试样和断裂韧性试样的取样方向分别为S-L，L-T，T-L三个方向，且L-T和T-L两个方向的拉伸试样和断裂韧性试样的取样位置为厚度方向的中心层，如图1所示.用MTS810电液伺服万能材料试验机进行拉伸性能和断裂韧性测试.测试拉伸试样时按标准ASTM-E399-05执行，其平行段长度为35 mm，拉伸应变速率为0.01 s-1.测试断裂韧性试样时按标准SAE AMS 4413-2050-T84 2007 执行，预制裂纹长度为2 mm.图1 厚板拉伸试样及断裂韧性试样的取样示意图Fig.1 Sampling diagram of tensile specimen and fracture toughness specimen采用FEI Quanta200扫描电镜(SEM)观察断裂韧性试样断口形貌.采用Laica 光学显微镜观察金相组织，在1.8%氟硼酸水溶液中采用直流电对金相样品表面进行阳极覆膜，电压为25 V，电流控制0.5～5 mA；采用Tecnai G2 20型透射电镜(TEM)观察样品的微观组织，加速电压为200 kV，通过机械减薄和电解双喷减薄制取TEM试样，电解溶液为硝酸(φ=25%)+甲醇(φ=75%)混合溶液，温度为-25℃以下.2 实验结果与讨论2.1 拉伸性能及断裂韧性2050铝锂合金厚板150℃时效时沿L-T方向的拉伸性能如图2所示.由图2可知，时效时间为15 h时，合金处于欠时效状态，抗拉强度为567 MPa，屈服强度为528 MPa，伸长率为11.3%；当时效至30 h时，合金到达峰时效，其抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为598 MPa，568 MPa，9.8%；时效时间为45 h时，合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为598 MPa，569 MPa，9.3%.即到达峰时效后，继续延长时效时间，合金的强度和伸长率基本保持稳定.图2 2050铝锂合金厚板150℃时效时L-T方向的拉伸性能Fig.2 Tensile properties of 2050 Al-Li alloy thick plate in longgitudinal rolling directionat the aging temperature of 150 ℃图3 2050 铝锂合金厚板150℃时效时不同方向的拉伸性能(a)抗拉强度；(b) 屈服强度；(c) 伸长率Fig.3 Tensile properties of 2050 Al-Li alloy under different orientation at the aging temperature of 150 ℃ (a) t ensile strength；(b) yield Strength；(c) elongation2050铝锂合金厚板150 ℃时效时不同方向的拉伸性能如图3所示.由图3可以看出，整个时效过程中，合金在L-T(轧向)、T-L(横向)、S-L(厚向)三个方向的屈服强度和伸长率依次降低；L-T方向的抗拉强度明显高于其他两个方向，但T-L和S-L 两个方向的抗拉强度差别不大.时效时间为30 h时，合金在T-L方向的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为561 MPa，514 MPa，6.3%，而S-L方向分别为553 MPa，476 MPa，4.5%.随时效的进行，T-L和S-L两个方向的强度与伸长率呈现与L-T方向相同的规律.时效初期，合金的强度较低，伸长率较高；达到峰时效后，随时效时间延长，合金的强度和伸长率趋于稳定.2050铝锂合金厚板不同方向断裂韧性随时效时间的变化如图4所示.图4显示，欠时效时，合金在L-T，T-L，S-L三个方向上的断裂韧性值依次降低，分别为42.6 MPa·m1/2，34.8 MPa·m1/2，27.9 MPa·m1/2.时效时间为30 h时，L-T、T-L、S-L三个方向的断裂韧性值分别为34.4 MPa·m1/2，28.3 MPa·m1/2，22.4 MPa·m1/2.时效至45 h时则分别为32.8 MPa·m1/2，27.9 MPa·m1/2，21.3 MPa·m1/2.随时效时间延长，合金的断裂韧性明显下降.峰时效之后，断裂韧性下降不明显.时效过程中，合金不同方向的断裂韧性规律与屈服强度随时效时间的变化规律成反相关关系，即随时效延长，L-T，T-L，S-L三个方向的屈服强度均表现为增加的趋势，而断裂韧性随时效延长均降低.2.2 断口形貌图5为2050铝锂合金厚板在150 ℃时效30 h近峰时效后断口SEM照片，不同方向的断口形貌存在较大的区别.从图5(a)低倍照片可以看出，合金在L-T方向上的断裂面很不平整，其主要的断裂方式是穿晶断裂，细小微裂纹沿断裂方向大量出现；在图5(b)高倍照片中可观察到大量的不同尺寸的韧窝，其中大韧窝中出现一些1 μm左右的第二相粒子，大韧窝周围则分布有细小而且较深的小韧窝群，形态多为圆形.图5(c)、5(d)为T-L方向的断口形貌.图5(c)低倍照片显示，断裂面的撕裂棱分布均匀、方向一致，其主要的断裂方式是沿晶断裂，也有少量的穿晶断裂；图5(d)高倍照片显示部分第二相粒子沿着裂纹扩展方向呈流线分布，其间夹杂着细小的韧窝群.总体来说，T-L方向的韧窝群数量较L-T方向少.图5(e)显示合金在S-L方向上断口形貌较为平整，呈层状分布，其主要的断裂方式是沿晶断裂；从图5(f)高倍照片中仍然可观察到韧窝，但相对于T-L方向和L-T方向断口上的韧窝而言，其尺寸较大，且深度较浅；粗大的第二相粒子沿着裂纹扩展方向呈流线分布，与T-L方向规律相同.图4 2050铝锂合金厚板不同方向断裂韧性随时效时间的变化Fig.4 Fracture toughness of 2050 Al-Li alloy thick plate under different orientation with aging time图5 2050铝锂合金厚板时效30h时不同方向断口SEM照片(a),(b)L-T取向；(c),(d)T-L取向；(e),(f)S-L取向Fig.5 SEM images of fracture toughness of 2050 Al-Li alloy thick plate aging time for 30h in different directions(a),(b)L-T orientation；(c),(d) T-L orientation；(e),(f) S-L ori-entation在低倍SEM照片中，合金在相同方向不同时效时间的断口形貌观察不到明显区别，但在高倍照片中可观察到细微差别.不同时效时间S-L方向断口的低倍照片均较为平整(图略)，但高倍照片(图6)可观察到韧窝的区别.图6为2050铝锂合金厚板时效15 h及45 h后S-L方向断口形貌的高倍SEM照片.欠时效时，合金的韧窝尺寸均匀，形态多为椭圆状或圆形.时效至45 h时，合金的韧窝尺寸变大，形态大部分呈扁椭圆状，但韧窝深度明显降低.这说明随时效时间延长，在S-L方向是沿晶断裂，其韧窝尺寸增大，形态由圆形渐变为扁椭圆状，且深度降低.图6 2050铝锂合金厚板不同时效时间后S-L方向断口SEM照片(a) 时效15 h；(b) 时效45 hFig.6 SEM images of fracture toughness of 2050 Al-Li alloy thick plate on S-L orientation under different aging time (a)15 h； (b)45 h 2.3 显微组织图7为2050铝锂合金厚板横截面(S-L方向)和纵截面(L-T方向)的金相照片.图7(a)显示，横截面上的合金晶粒形态呈椭圆状，沿板材宽度方向尺寸长300～400 μm；图7(b)显示，纵截面上的晶粒形态呈长条状，沿轧制方向达1000 μm以上，沿厚度方向约为100 μm.图8为2050铝锂合金厚板轧面(S-L方向)的SEM照片及部分难溶残余第二相粒子的分析能谱图(EDS).从图8(a)可以看出，合金经固溶处理之后，晶界处残留着部分难溶第二相粒子.从图8(b)EDS的分析结果可知，这些残余的难溶相粒子主要为含Mn，Fe，Cu等元素的AlFeMn等脆性相粒子.图7 2050铝锂合金厚板不同截面的金相照片(a) 横截面；(b) 纵截面 Fig.7 Microstructure of 2050 Al-Li alloy plate with different cross sections(a) cross section；(b) longitudinal section图8 2050铝锂合金厚板轧面(S-L方向)的SEM照片及EDSFig.8 SEM photograph and EDS of 2050 Al-Li alloy plate rolling surface (S-L direction) 图9为2050铝锂合金厚板150 ℃时效不同时间时[100]Al和 [112]Al晶带轴选区电子衍射(SAED)谱及TEM暗场像照片.从图9可以看出，合金中的主要析出相为大量弥散分布的θ′相和T1相.图9(a)显示，时效初期[100]Al晶带轴SAED谱中存在明显的θ′相芒线，对应的TEM暗场像照片中观察到弥散分布的θ′相.图9(b)显示，[112]Al晶带轴SAED谱中存在明显的T1相斑点芒线，对应的TEM暗场像照片中均匀分布着大量细小的T1相.图9(c) 显示，时效至30 h时SAED谱中的θ′相芒线依旧明显，但TEM暗场像照片中θ′相数量有所减少.图9(d) 显示，[112]Al 晶带轴SAED谱依然存在较明显的T1相斑点芒线，TEM暗场像照片中的T1相数量增多，此时合金强度开始进入一个峰值平台.图9(e) 显示，时效至45 h时，[100]Al晶带轴SAED谱中的θ′相芒线变弱，在TEM暗场像照片中观察到θ′相数量减少.图9(f) 显示，SAED谱中T1相斑点芒线明显加强，对应的TEM暗场像照片中T1相的尺寸明显粗化，且数量增加.图9 2050铝锂合金厚板时效不同时间后[100]Al和[112]Al晶带轴选区电子衍射(SAED)谱及TEM暗场相照片Fig.9 [100]Al and [112]Al SAED patterns and TEM dark field images of 2050 Al-Li alloy thick plate for different aging time(a) θ′ phase，aging for 15 h，along <100>Al direction；(b) T1 phase，aging for 15 h，along <112>Al direction；(c) θ′ phase，aging for 30 h，along <100>Al direction；(d) T1 phase，aging for 30 h，along <112>Al direction；(e) θ′ phase，aging for 45 h，along <100>Al direction；(f) T1 phase，aging for 45 h，along <112>Al direction图10为2050铝锂合金厚板150℃时效不同时间后主要析出相的尺寸及数量密度.析出相尺寸及数量密度的统计是通过Images软件完成，每个时效状态选取两至三张图片，最终统计出平均值.时效15 h时，θ′相和T1相的平均长度尺寸分别为23.1 nm和58.2 nm，数量密度分别为380 μm-2和242 μm-2.随时效进行，θ′相的尺寸在长度方向上逐渐减小，而T1相的尺寸在时效初期增大，峰时效之后变化不大.欠时效时，随着时效时间延长θ′相的数量密度开始降低，峰时效之后变化不大，而T1相的数量密度随着时效时间延长逐步升高.图10 2050铝锂合金厚板时效150℃主要析出相的数量密度 (a)及尺寸 (b)Fig.10 The number of precipitation phase density (a) and size (b) of 2050 Al-Li alloy thick plate at aging 150℃2.4 分析与讨论时效初期，过饱和度大，第二相析出驱动力较大，T1相和θ′相在2050铝锂合金晶内大量弥散析出[图9(a)(b)]，及钉扎位错及阻碍位错的移动[18-19]，从而提高了合金强度，降低了伸长率.T1相和θ′相在铝锂合金都是强化析出相，但T1相的强化效果强于θ′相[12,18].随着时效的进行，θ′相的数量密度和尺寸下降，出现θ′相溶解到基体以促进T1相长大的趋势[18]，使T1相的数量密度及尺寸增加；θ′相对合金的强化效果减弱，T1相逐渐成为主强化相.峰时效后，T1相的数量密度继续增加，但其长度方向尺寸增加不明显[图9(d)(f)].T1相的进一步析出及长大使得合金的强度增加，但其尺寸的粗化增加了合金的脆性，合金强度的增加不明显，同时伸长率变化不大(图2).欠时效时，析出相尺寸较小，与基体产生的应变能较低，界面结合能较高[10,12].通过对合金断口形貌的观察，晶粒内部出现大量的韧窝群，且韧窝较深[图6(a)]，此时合金的断裂韧性较好.主强化相T1的粗化，使其与基体的畸变能升高.不稳定的界面容易成为微裂纹萌生和集聚的场所，且位错更易以绕过机制通过析出相，留下尺寸更大的韧窝，但韧窝深度较浅[图6(b)].同时，粗大的T1相不规则的边缘易导致局部应力集中而使合金断裂韧性降低[19].材料不同取向的断裂韧性主要受晶粒大小，形态及析出相类型、形态、尺寸等因素影响[20].脆性难溶相在2050铝锂合金晶界处的残留[图8(a)]，使位错不易穿过晶界而导致堆积，易产生应力集中.裂纹易在晶界处萌生或成为扩展通道[21]，断口形貌呈沿晶断裂.此外，位错会在晶界处塞积，当达到裂纹萌生或者扩展的临界值时，微裂纹会在基体中出现，并集聚后形成新裂，断口形貌呈穿晶断裂.合金的屈服强度越高，裂纹尖端塑性区越大，材料所承载的最大外力越大，断裂韧性越高[9,22].2050铝锂合金横截面上的晶粒间取向差较大，晶界在裂纹扩展面上呈网状形态结构[20].L-T方向，裂纹主要通过穿过晶界继续在基体内扩展，应力集中导致难溶相的破碎或脱离，形成图5(b)中大韧窝；裂纹在晶内继续扩展时，析出相与基体的分离产生大量小韧窝群[图5(b)].从图5(b)可观察到集聚后未进行扩展所保留下来的微裂纹，且大部分集中分布在晶界.相比于晶界，合金晶内基体塑性较好，裂纹尖端塑性区明显，且应力应变不易产生集中.因此，合金局部变形较均匀，裂纹在晶内的扩展路径曲折，断口形貌表现出不平整[图5(a)].断面粗糙度的增加和二次裂纹的出现表明裂纹扩展的曲折程度较高[23]，合金断裂韧性较好.相比于L-T方向，合金在T-L和S-L两个方向的晶界在裂纹扩展方向上存在明显的方向性[图6(b)和图7(a)].晶界路径平直，裂纹在晶界处扩展时不易改变扩展方向，易发生沿晶断裂.T-L方向，断裂面上的晶粒呈片状垂直锲入，合金在三叉晶界处易出现应力集中，导致裂纹产生并穿过晶界继续在基体内扩展，形成局部穿晶断裂.大量撕裂棱沿裂纹扩展方向产生，断口形貌不平整[图5(c)(d)].S-L方向，合金晶粒呈片状叠加.相比于耗能较大的穿晶断裂，裂纹易沿晶界改变扩展路径并将整个晶粒拔出，合金易发生沿晶断裂.合金断口形貌呈现两条粗大第二相带且中间夹杂韧窝群[图5(f)].3 结论(1)随时效进行，2050铝锂合金强度逐渐升高，伸长率和断裂韧性降低；时效至30 h时，合金拉伸性能达到时效峰值，其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为598 MPa，568 MPa，9.6%，继续延长时效时间，合金拉伸性能和断裂韧性均趋于稳定.T1相和θ′相的析出对位错有钉扎作用，可提高合金强度.T1析出相的长大使其周围的畸变能增加，导致应力集中和微孔形成，降低合金断裂韧性.(2)2050铝锂合金厚板在L-T方向上的抗拉强度明显高于其余两方向；屈服强度和伸长率在L-T，T-L，S-L三个方向上依次降低.脆性难溶相在合金晶界处的残留，易萌生裂纹或应力集中.合金经轧制后晶粒形态为煎饼状，垂直轧向的晶界数量较少，裂纹不易产生及扩展，合金在L-T方向拉伸性能较优.(3)2050铝锂合金厚板的断裂韧性存在明显的方向依赖性，时效各阶段，合金在L-T，T-L，S-L三个方向上的断裂韧性值依次降低.T-L和S-L两个方向的晶界在裂纹扩展方向上存在明显的方向性，合金易发生沿晶断裂.L-T方向上的晶界数量较少且在裂纹扩展方向上无方向性，裂纹易穿过晶界在晶内扩展，合金断裂韧性较其他两方向优.【相关文献】[1] ZOU Cheng-lu,GENG Gui-hong,CHEN Wei-ye. Devel-opment and application of aluminium-lithium al-loy[J].Applied Mechanics & Materials,2014, 599-601:12-17.[2] WANHILL R J H,BRAY G H.Chapter 2: Aerostructural design and its application to aluminum-lithium alloys[M]. Aluminum-Lithium Alloys, 2014:27-58.[3] RIOJA R J,LIU J.The evolution of Al-Li base products for aerospace and space applications[J].Metallurgical and Ma-terials Transactions A,2012 ,43 (9) :3325-3337. [4] AHMED B,WU S J.Aluminum lithium alloys (Al-Li-Cu-X) new generation material for aerospace applications[J]. Ap-plied Mechanics & Materials,2013,440:104-111.[5] LEQUEU P，SMITH K P，DANIELOU A.Aluminum-copper-lithium alloy 2050 developed for medium to thick plate[J]. Journal of Materials Engineering & Performance, 2010,19(6):841-847.[6] FRIDLYANDER I N.Structural aluminum-lithium al-loys[J]. 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5052铝合金冲压成形过程中韧性断裂的仿真研究
5052铝合金冲压成形过程中韧性断裂的仿真研究余海燕;王友【摘要】对5052铝合金进行单向拉伸试验，使用试验曲线拟合Voc e模型参数。
观察拉伸试样断口形貌，并使用光学显微镜测量拉伸试样断口的最小厚度。
结合单向拉伸仿真和试验结果，求解得到Cockcroft-Latham 韧性断裂准则中的材料参数。
将Voce 模型和Cockcroft-Latham 韧性断裂准则引入球头胀形仿真，并进行试验对比。
结果表明：采用该拟合的Voce 模型和Cockcroft-Latham韧性断裂准则预测所得零件开裂位置和裂口形状与试验结果吻合，采用的基于有限元仿真与简单试验相结合的材料参数反求方法具有求解方便、计算精度高的优点。
%The uniaxial tensile tests were conducted on 5052 aluminum alloy and Voce model parameters were determined by fitting with the experimental curves. The fracture surface was observed and the minimum thickness of it was measured with optical microscope. The material parameter of Cockcroft-Latham ductile damage criteria was achieved through uniaxial tensile simulation and test results. Voce model and Cockcroft-Latham ductile damage criterion were introduced into the numerical simulation of spherical bulging and simulation approach was employed to compare with the experimental results. The results show that the position and shape of the fracture surface simulated with Voce model and Cockcroft-Latham ductile damage criteria are in good agreement with the experimental ones. The method of material parameters identification based on finite element simulation and simple tests has high accuracy and can be applied conveniently.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】7页(P2975-2981)【关键词】铝合金;球头胀形;韧性断裂;数值模拟【作者】余海燕;王友【作者单位】同济大学汽车学院，上海 201804;同济大学汽车学院，上海 201804【正文语种】中文【中图分类】TG389铝合金由于具有密度低、耐腐蚀高、比强度高等特点，近来作为重要的轻质材料在汽车制造中被广泛使用[1-3]。
温度对2E12铝合金疲劳性能与断裂机制的影响
第27卷 第6期2007年12月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONA U TI C AL MATER I ALSVol 127,No 16 December 2007温度对2E12铝合金疲劳性能与断裂机制的影响杨 胜1, 易丹青1, 杨守杰2, 钟 利3(11中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;21北京航空材料研究院,北京100095;31东北轻合金有限公司,哈尔滨115001)摘要:采用疲劳实验、SE M 及TE M 等分析测试手段,研究温度对25242T4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30M 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:25242T4;温度;疲劳;断裂机制中图分类号:TG 11118 文献标识码:A 文章编号:100525053(2007)0620001205收稿日期:2006212202;修订日期:2007201227基金项目:国家“973”重点基础研究发展规划项目(5B635)作者简介杨胜(5—),男,博士研究生,从事高性能航空铝合金制备及性能研究,(2)y @y 211。
航空铝合金在使用时经历多种服役温度条件,飞行器高空飞行时所处的大气气温为低温环境,而当高速度飞行时,由于气动加热作用及发动机等的热影响又会导致飞机表面蒙皮及其他部件处于高温状态。
服役温度变化对航空铝合金疲劳、断裂和蠕变性能带来显著的影响,因此研究航空铝合金在不同服役温度条件下的疲劳行为对于理论研究和实际应用都具有重要的价值[1～4]。
2524铝合金具有优良的室温强度、硬度、断裂韧性及抗疲劳能力,是目前断裂韧性和抗疲劳性能最优异的航空高强A l 2Cu 2Mg 合金,并在波音777等大型客机上成功应用[5～8]。
国产结构用铝合金断裂韧性参数校准
国产结构用铝合金断裂韧性参数校准为了准确评估国产结构用铝合金的力学性能，必须进行断裂韧性参数校准。
本文将介绍关于该过程的方法和技巧。
一、断裂韧性参数断裂韧性参数是描述材料在断裂前所能吸收的能量的材料物理参数。
目前已经开展相当多的有关断裂韧性参数的研究，主要涉及到塑性成形、断裂韧性求解以及断裂韧性预测等方面。
通常，断裂韧性参数可以通过二次加权聚合方法（WEAK）和断裂面积法（FAD）进行评估。
WEAK方法重点关注贯穿于试件中的韧性缺口，在材料断裂时所能吸收的极限能量。
FAD方法则侧重于断裂面积对材料能量吸收的贡献。
在实际研究中，由于不同的材料及不同的断裂测试方法，周围环境的不同等原因导致不同参数之间的联系并不十分清晰。
为了更准确地计算断裂韧性参数，有必要使用自我想定材料的实验结果进行校准。
以下是校准的一般方法：1.材料样品设计和预测首先，需要通过计算和模拟来确定样品的几何形状，并预测其断裂韧性参数。
这一步骤可以使用CAD软件和有限元分析来完成。
2.试件制备接下来，需要使用材料样品将试件制备出来，通常使用加工机床进行制造。
不同的试件要使用不同的材料样品，以便对材料的不同特性进行评估。
3.试验测量在试件制备完成后，将试件放置于测试设备中，进行断裂韧性的测量。
通常采用三点弯曲测试法，来进行测量。
这一步骤应该进行多次以确定样品在不同环境条件下的参数。
4.数据处理和校准通过将实验结果与计算结果进行比较，以确定可能存在的误差。
然后，将实验数据与计算数据进行比对，以获得更准确的断裂韧性参数。
三、结论基于上述研究，我们可以得出结论。
国产结构用铝合金的断裂韧性参数需要进行校准，通常采用试件设计、试件制备、试验测量、数据处理和校准等步骤。
这些方法可以被用来实现更准确地对国产结构用铝合金材料的测试。
我们希望该方法可以被用来推进国产结构用铝合金在相关领域的研究和应用。
5A06铝合金板材热态本构模型及韧性断裂准则
5A06铝合金板材热态本构模型及韧性断裂准则刘康宁;郎利辉;续秋玉【摘要】In order to obtain the formation characteristics of 5A06 aluminium alloy sheets,uniaxial tensile tests were conducted under different conditions. From hot tensile and fracture tests,a modified Misiolek equation was defined that extrapolated the flow stress from the diffuse necking of the metal sheet. By using a radial basis unction (RBF)artificial neural network,a Crockroft-Latham ductile fracture threshold prediction model was also developed. An evaluation of the network compared model results with experimental data. Results show that the material flow stress is very sensitive to temperature and strain rate,and the RBF artificial neural network can predict the ductile fracture threshold with a maximum error of less than 10. 6％ .%为了获取材料在不同条件下成形性能指标,对5A06铝合金板材进行了热态单向拉伸试验,结合热态单向拉伸试验和韧性断裂试验结果,提出了一种修正Misiolek模型;利用修正模型的外插性能预测颈缩后板材流变应力,应用径向基函数神经网络算法建立了Cockroft-Latham韧性断裂阈值预测模型,并对该模型进行了预测精度评估.结果表明,流变应力对温度及应变速率敏感,对比径向基函数网络模型预测误差小于10.6％.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2018(053)001【总页数】5页(P214-218)【关键词】铝合金;本构模型;热态;韧性断裂准则;径向基函数网络【作者】刘康宁;郎利辉;续秋玉【作者单位】北京航天发射技术研究所,北京100076;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;航天材料及工艺研究所,北京100076【正文语种】中文【中图分类】TG146.2轻质合金材料一般在常温下具有较低的塑性，成形性能较差.在热态条件下的成形性大大提高，许多板材的成形技术［1］均利用了这一特点，使复杂结构薄壁类零部件的加工制造变为可能.然而在热态条件下，这类材料力学性能参数、成形极限、断裂阈值受温度、变形速度等多种因素影响，导致材料模型复杂，同时也对轻量化合金热态条件下的韧性断裂评判标准提出了更高要求.准确建立材料在相应条件下力学模型、获取材料在不同变形条件下成形性能指标一直是板材成形过程中工艺分析及工艺优化的关键.韧性断裂是板材塑性加工过程中重要的失效类型［2］，多数钣金成形工艺均把韧性断裂作为材料成形极限的重要指标.基于韧性损伤理论的韧性断裂准则是预测板料成形极限指标的有效方法.国内外学者在理论及试验研究基础上提出了多种韧性断裂准则［3-4］，其中应用较广的有 Cockroft-Latham 准则［5］、Brozzo 准则［6］及 Oyane 准则［7］.这些准则多采用阈值控制的方法，即某处材料超过了一定阈值便认为材料发生断裂.与传统的Swift失稳理论、M-K沟槽理论相比，金属韧性断裂理论可解决具有复杂应力状态及非线性加载历史的塑性成形的断裂失效问题.同时，由于金属韧性断裂模型具有简单、参数求解方便等优点，被广泛应用于成形过程数值仿真分析［8］.5A06铝合金是具有代表性的铝镁系防锈铝合金材料［9］，因其具有较高的比强度并有良好的耐腐蚀性及焊接性，在航空航天领域应用十分广泛.该材料在常温下塑性较差，加热条件下成形性会有明显改善，其热变形行为较为复杂，对变形条件十分敏感.本文中通过热态单向拉伸试验，获取了不同温度及应变率条件下5A06铝合金板材颈缩前的应力-应变曲线，在对比Misiolek模型基础上，提出了修正Misiolek本构模型，利用热态本构模型外插性能及数值积分法确定不同温度及应变速率条件下的Cockroft-Latham韧性断裂阈值.利用径向基函数人工神经网络算法对5A06-O 板材断裂阈值预测模型进行了训练.在建立的断裂阈值预测模型及热态本构方程基础上，预测了200℃条件下宽板弯曲及热态胀形过程韧性断裂临界条件，并与试验数据进行了对比.1 试验1.1 热态单向拉伸试验试验选择厚度为1.5 mm的5A06-O铝合金板材，其化学成分见表1，表中:wB为质量分数.采用长春试验机研究所CCS-88000电子万能试验机，根据GB/T 4338—2006《金属材料高温拉伸试验方法》，在不同温度(150、200、250、300 ℃)、不同应变率(0.055 00、0.005 50、0.000 55 s－1)条件下进行试件的热态单向拉伸试验.通过对单向拉伸试件印制网格，获取单向拉伸状态下板材破裂处极限应变数据，利用该数据确定断裂阈值.表1 5A06-O铝合金板材化学成分Tab.1 Chemical composition of the 5A06 alloy元素 Mg Si Fe Cu Mn Zn Ti Al wB/% 5.9 0.4 0.4 0.1 0.7 0.20.06 其余单拉试验环境箱采用封闭式整体对流加热，获取共计12组数据，试样在拉伸前保温10 min，计算得到颈缩前应力-塑性应变曲线如图1所示，图中: ε为材料应变率.图1 5A06铝合金板材流动应力-塑性应变曲线Fig.1 Flow stress vs.plastic strain of the 5A06 alloy sheet由图1可以看出，在相同温度条件下，5A06铝合金板材的流变应力随着应变率的增加而增大;低于250℃后，材料变形主要以加工硬化为主，应力-塑性应变曲线近似为幂函数型，随着温度的升高(高于250℃)，金属原子热运动加剧，动态回复(再结晶)效应愈加明显，此时软化机制占主导，使材料变形曲线呈现加工软化特点.另外，动态回复(再结晶)过程进行需要一定时间，较低的应变速率可使软化现象更加显著.1.2 热态宽板弯曲及胀形试验本文进行了200℃不同变形速率条件下宽板弯曲试验与胀形试验，其中，宽板弯曲试样长100 mm，两端夹持段宽度50 mm，中间平行段宽度39 mm，平行段与两端过度圆角24 mm;胀形试验内凹模直径100 mm.试验前，通过电化学腐蚀法在试样表面印制直径为2.5 mm网格阵列，以测量破裂时应变.宽板弯曲试验及胀形试验分别在BSC-50AR板材成形试验机及YRJ-50板材充液热胀形-拉深试验机上进行.2 修正Misiolek本构模型金属热态本构关系反映了材料流变应力特征，是材料在热态条件下的重要力学性能，描述了应力随着应变率、温度及变形程度的变化，在制定合理热加工工艺、金属塑性变形理论研究及有限元仿真计算中均起着重要作用［10］.在热态变形过程中，5A06铝合金等轻量化合金材料加工硬化、动态回复软化机制相互作用，使流变应力曲线呈现出对温度及应变率的敏感性，增加了预测难度.国内外研究学者对热环境下材料流动应力的研究多基于Arrhenius形式，热激活流动模型或其修正形式［11-13］，适用于预测具有饱和应力特征的金属高温流变应力，对于温热条件下如铝合金等轻质合金材料的预测效果并不理想.单拉试验可以较为精确地获取颈缩前的板材应力-应变曲线，板材成形过程一般具有较大的变形量，当计算仿真分析过程中，板材变形程度超过单向拉伸试验中最大均匀变形量时，模拟结果会出现误差.本文通过建立适用于5A06铝合金温热状态本构模型，利用单拉试验中获取不同条件下的流变应力曲线确定模型参数，采用本构模型外插计算方法预测颈缩后材料力学性能的变化规律.对比国内外学者提出的本构模型［14-15］，本文选择以Misiolek模型［16］为基础，构造该模型修正形式，以反映温度及应变率对材料流变应力的影响规律.修正Misiolek本构模型如式(1)、(2).式中:(ε0+p)n( ε，T)为幂函数强化项;em( ε，T)p为软化因子;其余物理量含义见文献［16］.假定Misiolek模型各参量C、n、m分别与ξ及η呈抛物线关系.对C、n、m值进行非线性高次函数拟合，得到的修正Misiolek本构模型及模型参数如式(3)、(4)，式中:M、N、P分别为不同参数的修正系数.修正Misiolek本构模型计算应力与试验数据对比如图1所示.由图1可以发现，修正Misiolek本构模型预测结果与试验应力-应变曲线较为吻合.3 韧性断裂阈值确定采用阈值控制方法确定金属韧性断裂准则，可用于预测非线性加载塑性变形过程断裂失效问题.Crockroft-Latham断裂准则是目前应用较广的韧性断裂准则［17］.该准则认为，在不同温度、变形速率条件下，塑性变形最大拉应力是导致材料破坏的主要因素，单位体积拉应力功达到某一临界值时材料便发生断裂.Crockroft-Latham断裂准则所需待定变量较少，参数获取简单，预测精度较高，适用于轻质合金板材热态成形过程断裂性能预测.Crockroft-Latham断裂准则为式中:I为临界断裂应变能;珔εf为断裂发生处的等效应变;σmax为最大拉应力;珔ε为某一时刻的等效塑性应变.本文建立的5A06铝合金热态韧性断裂准则忽略了板材各向异性影响，屈服函数选用各项同性Von-Mises屈服模型及相应等效应变计算公式，利用提出的修正Misiolek本构模型外插延伸性，建立板材颈缩后流变应力曲线，并利用数值积分算法，将式(5)进行梯形积分离散化处理，得利用读数显微镜测取热态单向拉伸试验破裂点周围极限应变数据，将其作为断裂发生处的等效应变珔εf值，将式(3)～(4)代入式(6)，得到5A06铝合金不同条件下Cockroft-Latham韧性断裂阈值，如表2所示.由表2可知，5A06铝合金韧性断裂阈值随温度的升高而逐渐降低，与该铝合金材料变形抗力随着温度的变化趋势一致;在低于250℃条件下，断裂阈值随着变形速度的降低而增大，这是因为变形速度越低，材料回复过程越充分，金属晶体缺陷消除程度增大，得到更大的变形量;300℃条件下该趋势与之相反，本文认为与材料在300℃条件下流变应力对变形速度敏感程度较大及应力值较低有关.表2 不同条件下5A06铝合金Crockroft-Latham韧性断裂阈值Tab.2 Crockroft-Latham fracture threshold of the 5A06 Al alloy under variousconditions MPa应变速率/s－1 温度/℃150 200 250 300 0.055 00 76.535 73.423 65.652 65.105 0.005 50 91.979 80.172 71.438 58.668 0.000 55 115.048 90.071 73.938 51.417径向基函数(RBF，radial basis function)神经网络是一种前馈型人工神经网络［18-19］，基本思想是利用对中心点径向对称的非负非线性函数作为隐含层单元的“基函数”构成隐含层空间，将输入矢量映射到隐空间，以任意精度全局逼近一个非线性函数.文中利用径向基函数网络算法对5A06板材断裂阈值与变形条件关系模型网络进行了训练，建立的断裂阈值预测模型及热态本构方程，在此基础上预测200℃时，宽板弯曲及热态胀形过程韧性断裂临界条件，并与试验结果对比.典型径向基函数(RBF)神经网络通常具有3层网络结构［20］，包括输入层、隐含层、输出层.RBF网络中常用的径向基函数为高斯函数，其激活函数如式(7)所示.用式(7)实现了输入矢量到隐函数空间的非负非线性映射.式中:xp－ci为欧氏范数;ci为隐含层节点中心;xp=(x1p，x2p，…，xNp)为第 p个N 维输入样本;γ 为隐含层节点归一化参数.基于径向基函数网络，由式(8)确定从隐含层空间到输出层空间的线性变换.式中:wij为隐含层到输出层的连接权值;h为隐含层的节点数;yj为与xp对应的第j个输出节点值.编写RBF神经网络模型训练程序，输入表2中的5A06铝合金不同变形条件下韧性断裂阈值，添加必要中间插值节点并归一化后，建立了该材料在150～300 ℃，应变速率在0.055 ～0.000 55 s－1间的Crockroft-Latham断裂阈值预测模型，经过27次迭代训练得到最终训练均方误差，均方误差小于1×10－6.4 试验对比分析利用建立的径向基函数神经网络，结合修正Misiolek本构模型，计算200℃时的不同变形速率、不同变形路径下Crockroft-Latham韧性断裂阈值，结果如图2所示.由图2可知，利用径向基函数网络得到的预测值与试验值较为吻合，其最大误差为10.63%，表明文中建立的韧性断裂准则预测模型能较好地预测5A06铝合金板材不同变形条件下的断裂阈值.图2 预测结果与试验结果对比Fig.2 Comparison between predicted and test results5 结论(1)通过5A06铝合金板材热态下单向拉伸试验发现，该材料应力曲线具有显著的温度敏感性及应变率敏感性特点，在250℃以上时，曲线出现软化趋势.(2)基于单向拉伸试验数据，提出了一种修正Misiolek本构模型，该模型可反映不同温度及应变速率影响下的5A06铝合金板材流变应力特征，模型预测结果与试验曲线较为吻合.(3)利用径向基函数神经网络算法，结合修正Misiolek本构模型，本文建立了5A06板材热态Crockroft-Latham韧性断裂阈值预测模型，结合热态胀形试验及宽板弯曲试验对该神经网络模型实用性进行了验证，对比结果发现，模型预测误差在10.63%内.参考文献:【相关文献】［1］ LANG Lihui，LIU Kangning，CAI Gaoshen，et al.A criticalreview on specialforming processes and associated research for lightweight components based on sheet and tube materials［J］.Manufacturing Review，2014，1(9):1-20.［2］杨锋平，罗金恒，张华，等.金属延性断裂准则精度的评价［J］.塑性工程学报，2011，18(2):103-106.YANG Fengping，LUO Jinheng，ZHANG Hua，et al.Evaluation of ductile fracture criterions［J］.Journal of Plasticity Engineering，2011，18(2):103-106.［3］虞松，陈军，阮雪榆.韧性断裂准则的试验与理论研究［J］.中国机械工程，2006，17(19):2049-2052.YU Song Y，CHEN Jun，RUAN Xueyu.Experimental and theoretical research on ductile fracture criterion［J］.China Mechanical Engineering，2006，17(19):2049-2052.［4］余心宏，翟妮芝，翟江波.应用韧性断裂准则预测板料的成形极限图［J］.锻压技术，2007，32(5):44-47.YU Xinhong，ZHAI 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铝合金材料的断裂韧性
放率及对应的断裂韧度和G 判据。
线弹（塑）性条件下的断裂韧性
裂纹扩展的基存方式
影响铝合金断裂韧度的因素
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
根据外加应力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有3种：
平面应力下，代入
平面应变下，同样
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
平面应力状态下应力松驰后的塑性区尺寸大小
平面应变状态是理论上的抽象。厚板件：表面处于平面应力 状态，心部是平面应变状态。
实际试件的塑性区
线弹（塑）性条件下的断裂韧性
可求得修正值后KI值
平面应力状态下应力松驰后的塑性区尺寸大小
没有考虑下图中影线部分面积（屈服区）内应力松弛的影响
在塑性区r0范围内如不考虑形变强化，其应力可视为恒定的， 则高出σys 的部分势必要发生应力松驰。应力松驰的结果， 使原屈服区外的周围弹性区的应力升高，相当于BC线向外推 移到EF位置，塑性区由r0扩大至R0。能量角度直观地看，面 积DBA＝矩形面积BGHE
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素
断裂韧性KIC和断裂KI的判据
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
当应力和裂纹尺寸a单独或同时增大时， KI 和裂纹尖端的各应力分量也随之增大。
当应力或裂纹尺寸a增大到临界值时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内，应力达到
材料的断裂韧性，裂纹使失稳扩展而导致材料的断裂，这时KI 也达到了一个临界值，
平面应力：
影响铝合金断裂韧性的因素
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
铝合金压铸件中的断裂激冷层
铝合金压铸件中的断裂激冷层摘要：介绍了铝合金压铸件中的断裂激冷层的特征、产生原因及其对产品强度的影响.关键词：铝合金压铸件断裂激冷层前言当今汽车工业正面临越来越严峻的三大课题：能源、环保、安全。
世界铝业协会报告指出：汽车上使用铝代替钢铁可以减轻车重。
理论上铝制汽车可以比钢制汽车减重40%左右。
同时也减少环境污染，提高汽车的燃料经济性，节约有限资源。
而从汽车安全角度来讲，使用能有效吸收正侧面碰撞能量的轻质或高比强度的材料也能很好地满足汽车安全设计要求，因此轻量化成为汽车发展的一个重要趋势。
目前轻量化的主要途径是通过使用铝、镁、锌合金等轻质材料来替代传统的钢铁材料。
而铝合金是应用得比较成熟的轻量化材料，近10年来，铝合金在汽车上的使用量和在汽车材料构成比中所占份额有着越来越明显的增加，现已逐步取代了一大批钢铁材料。
由铝合金制造的零件已经遍及汽车的发动机、缸体、底盘、支架、轮毂、变速箱壳体和中气室等各个部分，甚至在国外已有全铝合金汽车问世。
高压力和高填充速度是压铸熔融金属液充填成型过程的最大特点。
压铸时，常用的压射比在几兆帕至几十兆帕之间，通常作用在金属液上的压力在50MPa～200MPa 范围内，充型的速度可达到 15m/s～70m/s。
由于压力铸造成形工艺具有以上诸多优势，使其在提高金属合金铸件的精度水平、生产效率、力学性能和表面质量等方面体现出了巨大优势。
而且大量复杂结构件目前尚无其他先进制造工艺可替代，因此铸造工艺仍是最主流、经济且便捷的有色金属成形工艺。
有资料表明：在工业发达国家，压铸已成为汽车用零部件成形过程中应用最广泛的工艺之一，在各种汽车成形工艺方法中占 49%。
20 世纪 90 年代以来，中国有色金属压铸工业在取得巨大进步的同时，已成为一个新兴产业。
目前全国压铸业现有压铸厂及相关联企业（国营、民营、乡镇、中外合资、外资）约有 7000 多家左右，其中铝合金压铸企业占 3/5 左右。
AA7050铝合金晶界的分形维数的分析及其与断裂韧性的关系
步骤：
1、在与受压相对的0°和90°方向截取撕裂试验标 本。 2、在不同方向截取面积相等，厚度为2mm的样品。 3、标记各个样品的矩形区域A（10×15毫米）后进行 撕 裂实验。 4、对在S-T平面的90°方向样本，和L-T为0°标本的A 区域进行了定量显微镜分析。
Kahn撕裂试验过程图解
受压方向
研究对象及目的
AA7050合金被广泛用于制造飞机的结构 部件，对材料的断裂韧性和损伤公差属性要 求非常严格。因此研究锯齿状晶界的程度和 断裂韧性之间的关联对材料科学的发展和技 术来说都是非常有必要的。 本研究目的是对部分再结晶的AA7050铝 合金晶界做一个分形维数的定量估计。从而 研究锯齿晶界对材料断裂韧性的影响。
分形维数计算
记盒方法（ Box counting） 将晶界灰度图像变换为二进制，像素值为0和1， 对应颜色为黑色和白色。然后用网格覆盖晶界图像, 每个格子至少包含一个像素。格子从覆盖一个像素 开始逐渐增加格子大小，直到格子覆盖整个图象， 依次记下每个格子边长为r时格子总数N(r) 。由ln(N(r) 对ln(r)的回归斜率求得分形维数D值。 格子总数N(r)与格子的尺寸有关。
90°
0°
10X15mm
获取A区域显微图像
环氧树 脂封装 砂纸打 磨p4000 金刚石 抛光 磷酸溶 液蚀刻
保存图 像
聚焦显 微镜
干燥
冲洗
晶 界提 取过程
图像变换为二进制 •
a原始图像 b.二进制图像
低温合金材料的力学性能研究
低温合金材料的力学性能研究随着科学技术的发展，低温合金材料作为一种优良的材料，在航空航天、能源、交通和军工等领域得到广泛应用。
低温合金材料具有良好的机械性能，能够在极低温环境下保持较高的韧性和强度。
因此，对低温合金材料的力学性能进行深入研究，以提升其应用价值和性能优势，成为了当前材料科学领域的重要课题之一。
首先，低温合金材料的力学性能研究需关注其韧性和强度。
韧性是材料在受到外力作用下变形能量吸收的能力，而强度则是材料抵抗破坏的能力。
在极低温下，低温合金材料的晶粒结构发生变化，晶界的锁定效应显著增强，这导致了其在低温环境中具有优异的韧性和强度。
研究表明，通过合适的合金元素添加、制备工艺和热处理等手段，可以在低温合金材料中形成均匀的细小析出相，从而进一步提高其力学性能。
其次，低温合金材料的力学性能研究还需关注其断裂行为和疲劳寿命。
低温环境下，材料的断裂韧性降低，容易出现脆性断裂。
因此，对低温合金材料的断裂行为进行深入研究，有助于揭示其断裂机理并提高其抗断裂能力。
同时，低温环境下的低温合金材料容易出现低温蠕变现象，即随着时间的延长和应力的持续作用，材料会发生塑性变形并导致失效。
因此，研究低温合金材料的疲劳寿命和蠕变行为有助于提升其长期使用性能和稳定性。
另外，低温合金材料的力学性能研究还需关注其应用领域的特殊要求。
以航空航天领域为例，低温合金材料在此领域的应用非常广泛。
航空航天器飞行过程中需要面对极低温和高速载荷的复杂环境，因此对低温合金材料的力学性能有更高的要求。
研究表明，通过合理的配方设计和热处理工艺控制，可以提高低温合金材料的力学性能，使其更好地适应航空航天领域独特的环境需求。
综上所述，低温合金材料的力学性能研究对于提高材料的应用价值和性能优势至关重要。
通过深入研究韧性、强度、断裂行为和疲劳寿命等方面的性能，我们可以更好地理解低温合金材料的力学特性，并通过合适的合金配方、热处理工艺和制备工艺等方法，提升其力学性能。
低温铝合金国内外研究及应用情况
低温铝合金国内外研究及应用情况低温设备在航空、航天、超导技术以及民用工业中得到日益广泛的应用, 主要用于航天飞机、火箭动力装置的液氢(20K)、液氧(90K)储箱，以及低温超导磁体的结构支撑件等。
确保这些设备的安全运行至关重要。
其中低温金属材料的选取和设计是重要的环节之一。
低温金属材料机械性能与常温状态下相比有较大的差别,某些金属材料延性和韧度会急剧降低, 即发生低温冷脆转变。
脆性断裂经常是突然发生,迅速扩展,会造成灾难性重大事故。
缺乏专门的低温金属材料知识和性能数据,将会造成选材和设计不当,在低温装备运行中将引发失效事故。
铝合金材料具有密度低、无磁性、低温下合金相稳定、在磁场中比电阻小、气密封性好、感应放射能衰减快等特性, 因此越来越广泛的应用于低温领域。
近几十年来,国内外已经积累了大量的铝合金低温机械性能方面的研究。
一、低温铝合金的定义及分类适合于低温环境使用的大多数固溶强化铝合金及一些沉淀硬化铝合金。
可分为两类：(1)固溶强化合金，5000系，3000系；(2)沉淀硬化合金，2000系，6000系，7000系。
常用的低温铝合金是：Al-4.5Mg(5083)，在退火态使用的易焊接铝合金；3003铝合金；Al-1.0Mg-0.6Si(6061)多用途铝合金；Al-6.0Cu(2219)，在沉淀硬化态使用的铝合金。
Al-Li轻合金(如2090，8090等)是性能优异的低温材料，随着温度降低，其强度、塑性、韧性大幅度提高，如2090合金的低温性能(约4K)比2219合金要好得多。
在锻造合金最常用的低温服务考虑的合金1100，2014，2024，2219，3003，5083，5456，6061，7005，7039和7075。
合金5083这是对低温应用最广泛使用的铝合金，展品冷却到室温的氮沸点（- 195oC）：目前低温铝合金研究主要集中在：Al-4.5Mg(5083)、Al-Zn-Mg-Cu系、Al-Cu (2219)、Al-Li轻合金问题：在航空领域应用较多，但低温铝合金板材产业化较少，低温铝合金板材制备LNG储罐国内未见详细报道（只有部分焊接问题探讨过）二、铝合金低温性能1、几种典型的铝合金在低温下拉伸性能如表所示。
铸造A356铝合金组织与性能的研究
西安工业大学硕士学位论文铸造A356铝合金组织与性能的研究姓名：董大军申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：王正品;上官晓峰20070523柏安ｌ业入学硕＋学竹论文一般来说，随着枝品的数量增加，Ｒａｄｈａｋｖｉｓｈｎａ等人得出Ｙ＝Ａ＋ＢＸ＋ＣＸ２１６１Ｊ枝品闻距的减小，其力学性能也得到提高，其中Ｙ可以表示抗拉强度％、屈服强度盯，、为常数，Ｂ为负值，对于Ａ３５６合金来说，（２—１）延伸率６，ｘ表示枝晶臂间距。
Ａ、Ｂ、ＣＵＴＳ＝４０．８６—０．４５九＋石１６１Ｊ（２．２）可以看出，减小二次枝晶臂间距可以提高合金的力学性能，细化枝晶是提高合金强韧性的有效途径之一。
同时，细化枝晶还能改善合金的补缩能力，有利于消除缩孔、缩松，防治冷隔，细化有害杂质相。
对于完全变质的近共晶舢．ｓｉ合金来说，力学性能与枝晶数量是线形相关的【６２１。
２．４．２共晶颗粒Ａ３５６合金中的共晶颗粒包括共晶区域中的共晶ｓｉ和化合物相。
共品颗粒的尺寸、长径比和聚集程度对塑性变形过程中颗粒的开裂有着重要的影响【”１．图２．３为合金的金相组织照片。
照片中晶粒比较粗大，共晶硅形态为短棒状和针状，主要沿着晶界分布。
由于采用钠变质，有效时间短、易失效、重溶性差等造成变质不均匀、不充分，ｓｉ相对基体产生了割裂作用，其尖端和棱角处引起应力集中，合金容易沿晶粒的边界开裂，或是板状ｓｉ本身开裂而形成裂纹，使合金力学性能特别是伸长率显著降低。
图２－３Ａ３５６原始组织（未经腐蚀）另外合金中重要的化合物相还有富Ｆｅ相。
Ｗａｎｇ指出，固溶处理后存在的富Ｆｅ相的性质、类型和数量主要取决于合金中的Ｍｇ召－ｉ［１５９删。
当Ｍｇ含量低于０．３５．０．４０％（重量西安工业大学硕士学位论文百分比）时，大部分的富Ｆｅ相为尺寸较小的片状卢相（为ＡｌｓＦｅＳｉ），当Ｍｇ含量较高时，合金中的Ｆｃ趋向予形成尺寸较大的汉字形貌（＂Ｃｈｉｎｅｓｅｓｃｒｉｐｔ”ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）的化合物万相（Ａ１９ＦｅＭｇａＳｉ５）。
低温对铝合金材料的力学影响
低温对铝合金材料的力学影响引言：随着科学技术的不断进步，低温技术在各个领域得到广泛应用。
低温环境下，各种材料的性能和行为会发生明显的变化，铝合金材料也不例外。
本文将探讨低温对铝合金材料力学性能的影响，并分析其原因。
1.低温下铝合金的强度变化低温对铝合金材料的力学性能有着显著影响，其中最明显的变化是其强度的增加。
在低温环境下，铝合金的晶体结构得到加强，晶界的位错活动减少，从而提高了材料的强度。
这是因为低温下，晶体的振动幅度减小，原子的运动能量降低，使得晶体结构更加紧密牢固。
2.低温下铝合金的韧性变化与强度相反，低温对铝合金的韧性有所降低。
低温下，材料的原子和晶界的位错活动能力减弱，使得材料的塑性变形能力降低。
同时，低温下晶体的断裂方式转变为脆性断裂，容易出现裂纹扩展和断裂现象。
因此，在低温环境中使用铝合金材料时，需要特别注意其韧性的变化，以避免材料的失效。
3.低温下铝合金的疲劳寿命低温环境对铝合金材料的疲劳寿命也有一定的影响。
研究表明，低温下铝合金的疲劳寿命相对较长，这是由于低温环境下材料的位错运动减缓，晶体的应力分布更加均匀，从而减少了疲劳损伤的程度。
因此，在低温环境下使用铝合金材料可以获得更长的使用寿命。
4.低温下铝合金的热膨胀低温环境下，铝合金材料的热膨胀系数会发生变化。
一般来说，低温下材料的热膨胀系数会减小。
这是因为在低温下，原子的振动幅度减小，晶体的热运动能量降低，导致材料的热膨胀性能减弱。
因此，在设计低温环境下的结构时，需要考虑到铝合金材料的热膨胀系数的变化，以避免因热应力引起的失效。
5.低温下铝合金的应力腐蚀在低温环境下，铝合金材料容易发生应力腐蚀现象。
应力腐蚀是指材料在受到应力作用的同时，还受到了腐蚀介质的侵蚀，导致材料失效。
低温下，铝合金的强度增加，但其耐腐蚀性能降低，容易受到腐蚀介质的侵蚀。
因此，在低温环境下使用铝合金材料时，需要注意防止应力腐蚀的发生，采取合适的防护措施。
结论：低温对铝合金材料的力学性能有着显著的影响。
就金属材料的低温性能进行分析
就金属材料的低温性能进行分析摘要：在目前现代化工程建设及生产生活方面，金属材料的运用范围非常的广泛,金属材料的使用随着其性能的变化已经衍生出不同的金属附属品。
金属材料是由金属构成的材料的总成，有其自己的理化性质，比较常见的是,金属材料会随着温度的变化本身的理化性质发生改变.本文写作的关键是从低温条件下对金属的性能变化的角度进行简要的论述。
关键词:低温;金属材料；力学性能;应用发展DOI：10.16640/ki。
37-1222/t。
2016。
09.013金属材料特殊的力学性能,使得其发展应用范围在不断的扩大，目前金属材料在多个行业得到应用推广，金属材料的性能会随着温度的变化而发生变化,这就对金属材料的使用推广造成了极大的不便之处.尤其是在低温条件下，金属材料的力学性能、脆性及韧度都会发生严重使得变化，在工程建设领域的使用，金属材料这一性能的变化，会给工程建设带来极大的隐患.所以，为了能够安全的使用金属材料，保证其今后的使用范围的不断扩大,有必要对金属材料随着低温条件性能的变化进行分析.1 金属材料的发展概况金属材料在我国的应用历史非常悠久,早在几千年前，金属材料如青铜、铁器等已经被广泛的使用,随着生产力的不断进步，金属材料的种类也在不断的增多,如现今被人们广为熟悉的铜材、铝合金等的使用。
这些金属材料在世界生的应用范围非常广泛.在传统型的经济发展情况下,金属材料中钢铁的生产占据着非常重要的地位，由于钢铁的特殊的性能，一经发现立即活动的迅速的推广使用。
现在，世界上的各个国家都在努力的加强研发的力度，力图通过对金属材料的各种性能进行全面的了解，然后生产出别具一格的、能被生产生活所使用的金属材料，如,铝合金的发明使用就是在此种理念下发明出来的.2 金属材料的性能金属材料的性能会随着温度的变化而变化，尤其是在低温的条件下,下面本文作者将从具体的方面对金属材料在低温条件下的性能变化作出简要的分析。
2.1 金属材料的力学性能金属材料具有不同的性能，对不同性能的研究在生产中的综合利用是极其不同的。
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《材料力学性能》论文题目院（系）专业学生姓名学号字数完成日期: 年月日目录1摘要 (2)2关键词 (2)3引言 (3)4研究方法 (4)5试验方法 (4)6研究结论 (5)7目前存在的问题 (5)8结束语 (5)9参考文献 (5)铝合金低温断裂韧性研究现状Low temperature fracture toughness aluminum alloy research摘要：随着航空航天技术的发展，机械性能的结构材料在低温的研究也越来越多。
人们更加注重断裂韧性的铝合金的低温。
本文介绍了常用的测量断裂韧性的方法及判据，分析了国内外评定铝合金及其接头的断裂性能现状，并提出测试2219铝合金的断裂韧性评定方案。
最后指出了我国在评定低温断裂性能方面的不足以及需要改进的方面断裂力学判据随着近年来断裂力学的进展，在评价结构使用性能时，最适当的量度已变为断裂韧性。
在断裂力学上把材料抵抗裂纹扩展的能力称为断裂韧性。
在实际工程应用中我们采用那个断裂力学破坏判据？如何应用断裂力学指导选材与测定断裂韧性？这些是必须要首先解决的问题。
目前断裂力学断裂判据较多，其特点、出发点各有不同。
如线弹性断裂力学(KIC)可以认为是应力判据，裂纹张开位移(COD)可认为是位移判据，J积分可认为是能量判据，塑性区的尺寸ρ可认为是应变判据等。
这些判据在评定结构件有那些问题？采用哪个比较适宜？为此必须了解这些判据的特点、约束条件、优点及不利的地方。
线弹性断裂力学适用于平面应变或小范围屈服条件下；对于大范围屈服采用，，判据，对于全面屈服状态下的不再成立，只有用和；但是理论尚不够完善，J积分方法是弹塑性断裂力学中很有前途的方法。
关键词：铝合金低温断裂韧性2219铝合金AbstrackAs the development of aeronautic and astronautic techniques, the mechanical properties of structural materials at cryogenic temperature are studied more and more. People pay more attention to the fracture toughness of Al alloy at cryogenic temperature. This paper introduced manners of measuring fracture toughness, analyzed the present evaluation of fracture toughness of aluminum alloy and its welding joint, and proposed scheme of evaluation of the fracture toughness of 2219 Al alloy. In the end, it was stated that there were a lot of deficiencies in evaluation of the fracture toughness at cryogenic temperature in our country.; Fracture mechanics criterion with the recent progress in the evaluation of fracture mechanics, structural performance, the most appropriate measure has been changed to fracture toughness. In the mechanics of materials resistance to crack propagation ability is called fracture toughness. In the practical engineering application. We adopt the fracture mechanics damage criterion? How the application of fracture mechanics to guide the selection and determination of the fracture toughness? These are must first solve the problem. The fracture mechanics and fracture criterion is more, its characteristics, the starting point is different. Such as the linear elastic fracture mechanics ( KIC ) can be considered a stress criterion, crack opening displacement ( COD ) can be thought of as the displacement criterion, J integral can be considered as a criterion of energy, the size of plastic zone is considered strain criterion. These criteria in the evaluation of structure of those who have questions? Using what is more appropriate? This must be aware of these criteria, constraint conditions, characteristics of the advantages and disadvantages. Linear elastic fracture mechanics is applied to the plane strain or under the condition of small scale yielding; for large scale yield, criterion, using, to yield under the condition of no longer established, only use and; but the theory is not perfect, the J integral method of elastic-plastic fracture mechanics of promising method.Keywords: aluminum alloy Cryogenic temperature fracture toughness2219aluminum alloy引言:断裂力学判据随着近年来断裂力学的进展，在评价结构使用性能时，最适当的量度已变为断裂韧性。
在断裂力学上把材料抵抗裂纹扩展的能力称为断裂韧性。
目前断裂力学断裂判据较多，其特点、出发点各有不同。
如线弹性断裂力学(KIC)可以认为是应力判据，裂纹张开位移可认为是位移判据，J积分可认为是能量判据，塑性区的尺寸ρ可认为是应变判据等，J积分方法是弹塑性断裂力学中很有前途的方法.研究方法:(1) 平面应变断裂韧性试验(KIC试验)它是一种静态弯曲试验，用特殊的夹式应变计求出缺口部位变位，再按与载荷的关系求KIC值。
(2) COD试验它是Cottrell和Wells所独创，不受平面应变状态限制。
(3) JIC试验,与英国COD试验相对应的是美国提出JIC试验。
实验方法:KIC，COD，JIC三种实验除在静态载荷外，也在动态载进行。
这些试验称为动态断裂韧性试验。
此项试验为了弄清KIC随温度降低的真实变化情况，对每一种合金状态取2~3个试样，通过对一个试样进行多次测量断裂韧性的方法试验两次。
首先测定室温下的KIC至断裂前，在试样中重新制造疲劳裂纹，然后在-196℃的液氮中进行试验。
由表所示结果可以看出，与半成品的种类和压力加工方法(截面为65×200和12×75mm的挤压带材，35mm的厚板)、合金的纯度(杂质Fe、Si分别<0.01)、热处理方式(人工和自然时效)、取样的方向(纵向、宽向和高向)以及淬火后时效前的拉伸矫直(T851)无关，KIC值随温度的降低而增加。
常用铝合金结构材料的断裂韧性KIC一般可以由手册中查出(一般是常温下)，而对于焊缝中心、热影响区和熔合线区材料的KIC则须通过实验测定。
文献[9]对贮箱板材LD10铝合金及其焊件的断裂韧度JIC 进行了试验和研究。
由于所测铝合金板材厚度为13mm，由于板材较薄不满足平面应变状态，所以采用J积分法测定了JIC。
作者采用三点弯曲试样,裂纹由线切割而成,分别开在母材、焊缝及热影响区。
裂纹在焊缝和热影响区的位置参考BS7448: 1997-PartⅡ。
实验过程按GB/T 2038-1991在进行。
加载完再卸载后将试样压断，根据载荷位移曲线计算裂纹扩展量△a和断裂韧度，再根据经验公式J=C1ΔaC2拟合，Δa=0.20mm偏置线的交点就是所要测定的JIC。
最后做JIC的有效性判断。
结果表明) LD10铝合金热影响区的试样裂纹顶端发生了大范围的钝化,抗撕裂能力极好,断裂韧度JIC是母材的1.7倍，这是因为焊接中热的影响，使材料结构发生变化。
LD10铝合金焊缝的断裂韧度比母材要低，焊缝中存在杂质和气孔等缺陷。
文献[10]针对推进剂贮箱结构中的未穿透裂纹，利用断裂理学理论求出裂纹前缘应力强度因子KI，然后对焊接试样分别选择焊缝中心、熔合线及热影响区三种典型位置预制表面裂纹，求出KIC，比较大小。
文献[11]采用表面裂纹法，利用自行研制的低温多试样拉伸装置，研究了航天铝合金材料的焊缝在低温(20K)的断裂性能。
该试样是在焊缝表面开一个椭圆形缺口，通过控制疲劳过程，得到合适的表面裂纹。
然后再经过加载、控温、采集等几部分。
最后得到的是试件伸长量与应力的关系曲线，而不能直接得到裂纹张开位移与应力的关系曲线。
文献[12]分析了高组配和低组配的焊接接头与全母材和全焊缝的断裂韧性。
研究结论: 通过J积分测试结果表明对于9Cr-1Mo，2-1/4Cr-1Mo和BX52为母材的低组配焊接接头的J积分参量依照全母材、焊接接头和全焊缝的次序依次递减,而高组配则与低组配正好相反，并且焊缝宽度的增加，材料组配焊接接头的J积分值与其全母材的结果差别增加,而与全焊缝材料结果的差别在逐渐减小。