论文部分内容阅读
通过本课题组预研工作表明,Al-4.5Mg-0.7Mn-0.10Zr合金中添加0.4％Er可以明显细化合金的铸态晶粒组织从而提高合金的疲劳强度;该合金的过饱和固溶体中析出弥散分布的二次Al3Er粒子可以有效钉扎位错和亚结构,从而达到阻碍疲劳裂纹萌生的效果。对于Mg元素、一次Al3Er粒子和加工硬化方法对含Er铝合金疲劳性能的影响还未做研究。本文在预研基础上,以5E06和5E83合金为研究对象,分析合金成分和轧制工艺对实验合金疲劳性能的影响。本文测定了冷轧和热轧状态5E06和5E83合金的常温拉伸性能、高周疲劳性能和裂纹扩展速率。借助金相(OM)显微观察、X-射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)观察断口与能谱(EDS)分析、透射电镜(TEM)微观组织观察以及电子背散射衍射(EBSD)等技术手段,研究了冷轧和热轧状态5E06和5E83合金疲劳实验前后的组织变化。研究结果表明:
Al-Mg合金中Mg含量增加可提高合金的疲劳强度,Er含量增加可提高合金的裂纹扩展抗力。添加5.8％Mg的冷轧5E06合金比添加4.55％Mg的冷轧5E83的疲劳强度高出22MPa;添加0.39％Er的冷轧5E83合金比添加0.21％的冷轧5E06合金具有较高的疲劳门槛值和较低的裂纹扩展速率。冷轧5E83合金中超过其固容度的Er以粗大一次Al3Er粒子析出,这些粒子可改变裂纹扩展路径使裂纹发生偏折,从而有效减缓裂纹的扩展速率。
冷轧工艺合金相比热轧工艺合金具有高的疲劳强度,但低的裂纹扩展速率。冷轧5E83合金的疲劳强度比热轧5E83合金高出41MPa,而冷轧5E83合金的疲劳门槛值比热轧5E83合金低47MPa。冷轧5E83合金晶界、亚晶界密度高;在应力循环过程发生位错密度增加,随着应力循环的进行位错不断向合金胞界移动,且胞界变得明晰;裂纹在扩展过程中主要以显微裂纹汇合方式发生扩展。热轧5E83合金晶界、亚晶界密度低;在应力循环过程中开始也发生位错密度大量增殖,随着应力循环的进行,位错密度又降低;裂纹在扩展过程中以Laid塑性钝化模型向前扩展。
综上所述,Al-Mg合金中Mg含量的增加可提高合金的疲劳强度和裂纹扩展抗力。Er含量的增加可提高合金的裂纹扩展抗力。冷轧合金相比热轧合金具有高的疲劳强度,但低的裂纹扩展速率。