7075铝合金整体梯度组织低周疲劳行为研究

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轻合金因具有良好的综合性能被广泛应用于航空航天及军事领域中,为避免其工程构件因在交变载荷条件下作业时带来的损失,轻合金梯度组织的疲劳行为研究成为当前备受关注的课题,但现有研究的梯度组织大多为通过表面强化制备的梯度组织,本文以通过不均匀变形后形成的整体梯度组织低周疲劳行为研究为目的,同时研究了两种不同晶粒尺度的低周疲劳性能。以挤压态7075铝合金为原材料,通过扫描电镜分析变形前的微观组织及织构以及变形后的断口形貌,最终建立其微观组织与宏观性能之间的联系,为疲劳寿命预测提供理论支持和数据参考依据。研究结果表明:粗晶组织试样的织构强度较强将导致准静态拉伸性能中粗晶组织试样屈服强度高于细晶组织试样,抗拉强度也高于细晶组织试样。同时,梯度组织试样的织构强度较低这将导致屈服强度和抗拉强度低于粗晶组织试样。因此,织构强度相比于细晶强化将具有更大的贡献。针对两种不同的晶粒尺度的疲劳实验,在低应变下,粗晶组织的疲劳寿命低于细晶组织;高应变下,粗晶组织的疲劳寿命高于细晶组织。对于梯度组织的疲劳实验,在低应变下梯度组织疲劳寿命低于粗晶组织;在高应变下,梯度组织疲劳寿命高于粗晶组织。因此,粗晶和细晶组织疲劳寿命在低应变下与其准静态性能呈非正相关关系;高应变下与之相反。梯度组织和粗晶组织疲劳寿命在高应变下与其准静态性能呈非正相关关系;低应变下与之相反。在细晶组织中提出一种连续动态再结晶现象,在经历挤压变形过程时,首先在原始晶粒中产生以纵向为主的小角度晶界,小角度晶界逐渐转动成为大角度晶界,从而形成新的晶粒;当新的晶粒宽度较小约为5μm时,当变形的继续进行时,将在晶粒内部产生横向的小角度晶界,逐渐转动形成大角度晶界后将进一步分隔晶粒。挤压态7075铝合金再结晶规律之一为,当基体取向为<111>方向时,更易产生<001>方向的再结晶,当基体取向为<001>方向时,更易产生<111>方向的再结晶;扭转变形后等轴区与椭圆区典型的再结晶规律之一为,当基体取向为<111>方向时,更易产生<111>方向的再结晶;纤维区由于受到较小的变形量,则产生与挤压态7075铝合金相同的再结晶规律。低周疲劳断裂行为在低应变下两种不同晶粒度组织裂纹扩展区粗晶组织疲劳辉纹间距为0.9μm,细晶组织疲劳辉纹间距为0.7μm。高应变下,裂纹扩展区粗晶组织疲劳辉纹间距为2.0μm,细晶组织中未发现疲劳辉纹。在梯度组织疲劳断口中,低应变下在裂纹扩展区疲劳辉纹间距较小为0.3μm,同时,与粗晶组织和细晶组织断口相比裂纹扩展区面积较小。在高应变下,裂纹扩展区梯度组织与粗晶组织相比有较小的疲劳辉纹间距为0.6μm。
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