预置应力对铝合金疲劳裂纹扩展性能影响规律的研究

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1、分类号:TH1210710-2015125069硕士学位论文预置应力对铝合金疲劳裂纹扩展性能影响规律的研究宋威振导师姓名职称张春国教授申请学位级别工学硕士学科专业名称机械电子工程论文提交日期2018年5月5日论文答辩日期2018年6月5日学位授予单位长安大学Researchoneffectofpre-stressonfatiguecrackgrowthbehaviorofAl-alloyAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：SongWeizhenSupervisor：

2、Prof.ZhangChunguoChang’anUniversity,Xi’an,China摘要冷加工工艺对金属材料/结构疲劳性能的影响规律复杂，是目前研究的热点之一。本文以5052铝合金为对象，研究了预置应力对金属板材试样疲劳裂纹扩展性能及断裂机理的影响规律，具体研究内容如下：1.研究了预应力水平（120MPa，137MPa，158MPa，183MPa）对金属板材试样疲劳裂纹扩展速率曲线（da/dN-ΔK）漂移及寿命的影响规律。疲劳裂纹扩展实验结果发现预置应力处理试样疲劳寿命均有不同幅度的升高，158Mpa预置应力对

3、试样疲劳寿命增加幅度最大，与无预置应力的原始试样相比疲劳寿命可提高294.6%。不同预置应力水平对疲劳裂纹扩展速率影响的范围也有所差异。通过与无应力处理试样的da/dN-ΔK的对比发现158Mpa预置应力处理对试样疲劳裂纹性能的影响范围最大，影响范围延续17mm；183Mpa预置应力处理对试样疲劳裂纹性能的影响范围稍小，但也达到15mm；120MPa与137MPa预置应力处理对试样疲劳裂纹性能的影响范围最小，长度皆为11mm。2.探究了预置应力处理试样与无应力处理试样在断口及断口侧面的不同路径上的硬度分布和变化规律。微观

4、维氏硬度的结果显示预置应力处理试样与无应力处理试样在断口处的硬度均分布在70HV-85HV之间；同一预置应力处理试样在不同路径上的硬度变化趋势基本相同，硬度数值相当。不同预置应力处理试样在同一路径上的硬度分布大体相同。在断口侧面的两条硬度测量路径上，120MPa预置应力处理试样、137MPa预置应力处理试样、158MPa预置应力处理试样分别在距试样缺口7mm、16mm、6mm处有硬度异常点。根据光电能谱和其他硬度分布的实验数据，该软化点是由于元素聚集或材料缺陷造成的。3.研究了预置应力处理试样和无应力处理试样的断口微观形

5、貌特征和断裂性质。扫描电镜图显示所有试样呈现明显的高周疲劳破坏的特点。在裂纹稳定扩展的过程中，疲劳辉纹清晰可见。所有试样的瞬断区断裂均以韧性断裂为主，微观组织中有很多撕裂韧窝，韧窝周围存在着非常明显的较薄的撕裂棱，表现出非常典型的韧窝聚合型延性断裂的特征。关键词：5052铝合金，预置应力，裂纹扩展性能，疲劳延寿机理，残余应力IAbstractTheinfluenceofcoldworkprocessingtechnologyonfatiguepropertiesofmetalstructuresiscomplexandc

6、hangeable,whichisoneofthehottopicsatpresent.Inthispaper,theeffectofpresetstressonfatiguecrackgrowthandfracturemechanismofsheetmetalspecimensisstudiedwith5052aluminumalloyastheobject.Thespecificresearchcontentsareasfollows:1Theinfluenceoftheprestresslevel(120MPa,1

7、37MPa,158MPa,183MPa)onthefatiguecrackgrowthrate(da/dN-DeltaK)driftandlifeofthesheetmetalspecimenswasstudied.Thefatiguecrackpropagationtestresultsshowthatthefatiguelifeofthepretreatedspecimenincreaseswithdifferentamplitude,andthe158Mpaprestressincreasesthefatiguel

8、ifeofthespecimentothemaximum,andthefatiguelifecanbeincreasedby294.6%comparedwiththeoriginalspecimenwithoutthepresetstress.Therangeoftheinfluenceofdifferentpres