超高强铝合金蠕变寿命研究

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1、摘要X铝合金是国内研制的一种超高强铝合金，广泛应用于航空、航天等领域。作为专用机械的主要结构件材料，用户要求它在工况条件下的使用寿命长于15年。因为该铝合金的工作环境属于广义的蠕变环境，所以必须对该超高强铝合金的蠕变寿命进行系统的研究与评估。本课题分别应用古典材料力学和断裂力学理论研究了超高强铝合金的蠕变寿命。采用标准试样进行了蠕变试验，得到了超高强铝合金工况下的蠕变极限；采用成品铝筒试样进行了持久试验，得到了超高强铝合金工况下的持久强度；采用带缺口的铝筒试样进行了试验，得到了超高强铝合金蠕变断裂的门槛应力强度因子，估算了其安全运行的损伤容限。试验结果表明：(1)超高强铝合金在4

2、00C下使用15年后蠕变总应变为1．5％所对应的蠕变极限为碟。％(15年)=495MPa；当工作应力∥<495MPa时，在15年内总应变≤1．5％，不会出现蠕变损伤及蠕变断裂。(2)超高强铝合金圆筒持久试验时，断裂时间f随外加应力搠变化规律为俨．17．90ln什717．18。400C时90％置信度下的持久强度为仃麓(90％)=508MPa--L12MPa。当工作应力盯<496MPa时，铝筒在工况下使用15年不会发生蠕变断裂。(3)缺口铝筒试样在400C、空气中蠕变断裂的门槛应力强度因子为Kth=16MPa·m“2。外表面划伤、内表面裂纹以及内部缺陷的裂纹容限a’。分别为0．18m

3、m、0．24mm、0．42mm，表面划伤比内壁裂纹以及内部缺陷更危险，裂纹容限最小。工况条件下，铝筒可以安全使用15年。关键词：超高强铝合金，蠕变寿命，持久强度，蠕变断裂门槛应力强度因子ABSTRACTXaluminiumalloyisaChina··madesuper-high·-strengthaluminumalloywhichiswidelyusedinaviationandaerospaceandotherfields．Asthemainstructurema．teriaisofaspecialequipment，thelifeofthesuper-high—stren

4、gthaluminiumalloyisexpectedtobelongerthan15years．Becausethesuper-high—strengthaluminiumalloyworksincreepenvironment，itisessentialtoevaluatethecreeplifeofthesuper-high—strengthaluminiumalloy．ThisresearchiSbasedonthetheoryofclassicalmaterialmechanicsandfracturemechanics．Thelimitedcreepstresswas

5、testedbyusingstandardspecimenofthesuper-high—strengthaluminiumalloyundertheworkcondition．Acylindersamplewasusedtogetthecreeprupturestrengthofthesuper-high-strengthaluminiumalloy．Notchedcylinderwasusedtogetthethresholdstressintensityfactorandthedamagetoleranceofsuper-high—strengthaluminiumallo

6、y．Theexperimentalresultsshowthat(1)thelimitedcreepstressat40℃afterused15yearsiS495MPa．Whentheworkstresstr<495MPa．thecreepstrainin15yearsiSlessthan1．5％，andthecreepdamageorthecreeprupturedoesn’tOccur．(2)Therelationshipbetweenthecreeprupturetimeandthestress．canbedescribedasD。2-17．90Int+717．18，y=

7、O．90．Thecreeprupturestrengthofthesuper-high．strengthaluminiumalloyat40℃in90％confidenceiS508MPa-q：12MPa．Whentheworkstressislessthan496MPa，thecylindercanoperatesafelylongerthan15yearsontheworkcondition．(3)Thethresholdstressintensityfactoris16MP