孔洞对铸造铝合金疲劳性能的影响.pdf

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1、92材料工程／2010年7期孔洞对铸造铝合金疲劳性能的影响EffectofPorosityonFatiguePropertyinAluminumCastAlloys莫德锋，何国求，胡正飞，张卫华(1同济大学材料科学与工程学院，上海200092；2西南交通大学牵引动力国家重点实验室，成都610031)MODe—Feng。HEGuo—Qiu，HUZheng—fei，ZHANGWei—Hua(1SchoolofMaterialsScienceandTechnology，ToniUniversity，Shanghai200092，C

2、hina；2StateKeyLaboratoryofTractionPower，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)摘要：研究了铸造铝合金中孔洞在裂纹萌生、扩展过程中发挥的作用，孔洞的尺寸、体积分数、分布位置、形貌率等因素对材料的疲劳性能有重要影响。从试验现象和疲劳寿命模型两个方面综述了国内外学者研究的最新进展，指出了应力一寿命模型与线弹性断裂模型之间的内在联系，并讨论了存在的问题及研究方向。关键词：孔洞；铸造铝合金；疲劳；寿命模型中图分类号：TGI46．21文献标

3、识码：A文章编号：1001—4381(2010)07—0092—05Abstract：Theeffectofporosityoncrackinitiationandpropagationhasbeenstudiedinthispaper．Thefactors，suchasdimension，volumefraction，aspectratio，anddistributionofcastingpores，havegreatinfluenceonfatigueproperty．Somerepresentationa1result

4、soffatiguetestswerediscussedfirst—ly，andtherecentdevelopmentofliremodelwhichbasedoninitialporesizewasthenpresented．Therelationshipbetweenstress—lifemodelandlinerelasticfracturemodelhasbeenpointedout．Atlast，someexistedproblems0ffatiguepropertiesinaluminumcastalloysw

5、erealsodiscussed．Keywords：porosity；aluminumeastalloy；fatigue；lifemodel铸造铝合金由于浇铸性能好、比强度高、生产成本应力集中，成为疲劳裂纹萌生源，大大降低疲劳裂纹萌低等优点被广泛地应用于汽车、轨道交通等领域。汽生的时间。此外，孔洞还会影响疲劳裂纹的扩展路径、车上的活塞、轮毂、轴承及磁浮列车上的托臂、摇枕等裂纹闭合等裂纹扩展行为。因此孔洞对铸造铝合金疲重要部件大多都采用铸造铝合金n]。这些部件在实际劳性能的影响贯穿疲劳裂纹萌生、扩展的整个阶段。应用中往往承受循

6、环载荷2]，凶此铸造铝合金疲劳性能的研究引发了国内外学者的极大兴趣。影响铝合金1对疲劳裂纹萌生的影响力学性能和疲劳性能的因素很多，如二次枝晶臂间距(SecondaryDendriteArmSpacing，SDAS)_3j、共晶一般认为，在延性固体中，疲劳裂纹萌生的前提是硅颗粒形貌等_4]微观特征，其中孔洞等铸造缺陷被材料在反复循环应变下，不同的滑移面上产生不同的认为是最主要因素之一[6]。在浇铸过程中，不可避净滑移量，使表面变得粗糙，产生驻留滑移带(Persis—免地会引入孔洞、氧化物夹杂等铸造缺陷，孔洞可分为tentSli

7、pBands，PSB)和侵入挤出，而PSB和基体之两种：缩孔和气孔_8]，缩孔是浇注过程中补缩不足及金间的界面由于两侧的位错密度和分布有突变，从而产属液体流动不充分引起，呈不规则的三维结构，气孔一生空隙，使之成为疲劳裂纹萌生的有力地点[9]。而铸般由氢气在固液金属中溶解度不同不能及时排出引造孔洞的存在极大地缩短了这一过程，它可以直接充起，形状呈光滑的半球状。由于缩孔形状不规则，在疲当疲劳裂纹萌生的缺口，会在周围引起应力集中，有文劳过程中对疲劳寿命的影响更为显著]。这两种孔洞献通过有限元模拟证明了缺陷尖端应力集中程度很与氧化膜

8、的形成都密切相关，氧化膜充当一种杂质，与大，应力可达远场应力的5倍以上[1。’u]。应力集中引基体结合往往不紧密。在外应力存在条件下，这些缺起局部塑性变形所需的力远小于屈服应力，使材料在陷(气孔、氧化物等)起到了缺口的作用，会在周围引起较小应力加载条件下即发生裂纹形核并扩展，导致疲孔洞对铸