铸造铝合金A1Si9Cu3低周疲劳行为

２ ． ２ ＸＲ Ｄ 和 金 相 分 析
Ｍｇ 。具体 成分 见表 １ 。
表 ｌ 铸 造铝 合金 Ａ１ Ｓ ｉ 。 Ｃ ｕ 。 的化 学成 分 （ ， 质 量分 数 ）
Ｔａ ｂ ｌ ｅ ｌ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ａ ｓ ｔ Ａ１ Ｓ ｉ ９ Ｃ ｕ ３ ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ （ ｗｔ ）
刘 斌 等 ： 铸 造 铝 合 金 Ａ１ Ｓ ｉ 。 Ｃ ｕ 。 低 周 疲 劳 行 为
文 章编 号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ — ０ ４ ０ ４ ７ — ０ ５
铸 造 铝 合 金 Ａ１ Ｓ ｉ 。 Ｃｕ 。 低 周 疲 劳 行 为
刘 斌 ， 何 国求 ， 樊康 乐 ， 刘晓 山 ， 佘 萌 ， 朱 昊 昊
中图分 类号 ： Ｔ Ｇ１ ４ ２ ． ３ １
文献标 识码 ： Ａ
ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ４ ． ０ １ ０
１ 引 言
铸造 铝 合金 因其 良好 的力 学性 能 和铸 造性 能 在 汽 车、 航天 等领 域 有 着 广 泛 的 应用 。伴 随 汽 车 轻量 化 和 节 能化 ， 许多 汽 车 的零 部 件采用 铝 合金 来 代替 ， 质 量 减 轻 的 同时对 环境 的污 染也 在 降低 。铸造 铝 合金 比较 常 见 的分 为 Ａ１ 一 ｓ ｉ 系铝 合 金 、 Ａ１ 一 Ｃ ｕ系铝 合 金 、 Ａ１ 一 Ｍｇ系
本 文所 用材 料 为 汽 车发 动 机 缸 盖 材 料 ， 德 国牌 号
Ａ１ Ｓ ｉ 。 Ｃ ｕ 。 。主要 成 分 为 Ｓ ｉ 和 Ｃ ｕ ， 还 有 少 量 的 Ｍｎ和
例 如美 国 的 Ａ３ ８ ０ 、 ３ １ ９ ， 国内的 Ｚ Ｌ １ ０ ７ 、 Ｚ Ｌ １ ０ ９ ， 日本 的
ＡＣ ４ Ｂ等 。
Ａ１ 一 Ｓ ｉ — Ｃ ｕ系列 铝 合 金 是 高 强度 的 铝合 金 ， 不 仅 具
有 良好 的铸 造性 能 ， 而 且具 有很 好 的力学 性 能 ， 因而 被
值 下 的单轴 低 周疲 劳行 为 。利 用 ＭＴｓ疲 劳 实验 机 测 试 了材 料 的宏 观 疲 劳性 能 ， 揭 示 了应 变幅 与 疲 劳 寿 命
料 微观 组织 结构 在疲 劳裂 纹萌 生与 扩展 过程 中发挥 的 作用 ， 比较材 料 微 结 构 变 化 以后 疲 劳 寿 命 的变 化 ； （ ３ ） 运 用 总寿命 法 、 断裂力 学法 、 能 量法 等一 系列 方 法对 铸 造 铝合 金 的单轴 疲劳 寿命 进行 预测 。但 是关 于 铸造 铝 合 金疲 劳性 能宏 微 观 相 结 合 的 系统 的研 究 工 作 很 少 ， 严 重制 约 了铝 合金 材 料 的广 泛 应用 。基 于 此 ， 本 文 运 用 宏观 和微 观 相 结 合 研 究 了铸 造 铝 合 金 Ａ１ Ｓ ｉ 。 Ｃ ｕ 。的 低 周疲 劳性 能 ， 希 望能 对其 应用 和研 究提 供参 考价值 。
值越 大硬 化 速 率越 高 ； 应 变 幅值 越 大， 其 寿命 越 短 ； 合
金 塑性 应 变 、 弹性 应 变 与 断 裂 时 的载 荷 反 向 次数 之 间
呈 直线 关 系 ， 实 验 结 果 符 合 Ｃｏ ｆ ｆ ｉ ｎ — Ｍａ ｎ ｓ ｏ ｎ公 式 。 对
材 料 的疲 劳断 口在 Ｓ Ｅ Ｍ 下观 察 ， 发现 疲 劳条 纹的 宽度
铝合 金 的微 观组 织 结 构 与 力 学性 能 的关 系 ， 研 究 得 比 较 多 的主要 包括孔 洞 尺寸 、 二次 枝 晶臂 间距 （ Ｓ Ｄ ＡＳ ） 尺
疲 劳 断 口， 并对 其进行 分析 。研 究结果 表 明 ， 铸造 铝 合
金 Ａ１ Ｓ ｉ 。 Ｃ ｕ 。 在 应 变控 来自百度文库 下 表 现 为 循 环 硬 化 ， 且 应 变 幅
（ １ ．同济 大学 材 料科 学 与工程 学 院 ， 上 海市 金属 功能 材料 开发 应用 重点 实验 室 ，上海 ２ ０ １ ８ ０ ０ ； ２ ．西 南交 通大 学 牵 引动力 国家 重点 实验 室 ， 成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
摘 要 ： 研 究 了铸 造铝 合金 Ａ１ Ｓ ｉ 。 Ｃ ｕ 。在 不 同应 变幅
和 应 变幅值 相 关 ， 疲 劳损 伤程 度也 与应 变幅值相 关 。 关 键词 ： 铸 造 铝合 金 ； 循 环 响应 ； Ｅ — Ｎ 曲线 ； 疲 劳断 口
寸、 Ｓ ｉ 颗粒、 析 出相结 构 与 大小 等 ； （ ２ ）研 究 单 轴 加 载
状 态下 不 同种类 铸 造 铝 合 金 材料 的疲 劳 性 能 ， 研 究 材
２ 材 料 基 本 性 能
２ ． １ 材 料 成 分
铝 合金 等 。其 中 Ａｌ — ｓ ｉ 系铝 合 金 ， 因其 流 动 性好 、 铸 件
致 密缺 陷少 、 易 于加 工 而 成 为 最受 欢 迎 的 系列 。伴 随
工业 的发展 ， 各 国相 继 开 发 出 Ａ１ 一 Ｓ ｉ — Ｃ ｕ系 列 铝 合 金 ，
之 间 的关 系， 使 用 金 相 和 扫 描 电 子 显 微 镜 观 察 样 品 的
广 泛应 用 。在铸 造 过 程 中难 免 引 入 空 洞 、 夹 杂 等 铸 造 缺陷 ， 由于铸 造 铝 合金 在 工 业 应 用 上 一般 受 到 循 环 载 荷 的作 用 ， 疲 劳 特性就 显得 尤为 重要 ， 因此需 要 测试 其 疲 劳性 能 。 目前 ， 国 内外 学 者对 铸 造 铝 合 金 的疲 劳 性 能 的研究 主 要集 中在 以下 几个 方 面 ＿ 】 ］ ： （ １ ）研 究 铸 造