鋁合金與大多數金屬材料一樣，通常對平均應力較敏感。特別是拉伸平均應力對疲勞強度有不利的影響，能夠促進裂紋的萌生和擴展，導致斷裂。材料的平均應力敏感性，對機械零部件的設計和應用壽命預測具有重要意義。許多關于鋁合金的研究證明了這一課題的必要性，這些研究主要集中在合金的平均應力對疲勞強度的影響程度，以及用不同的數值方法計算疲勞壽命。等通道角壓(ECAP)是最突出的大塑性變形（SPD）許多研究證明，技術之一已經應用于實驗室和工業規模ECAP處理對鋁合金高周疲勞行為有益，但嚴重塑性變形對鋁合金平均應力敏感性的影響仍為空白。
德國開姆尼茨工業大學的研究人員為6082鋁合金單道ECAP加工，并與常規擠壓峰時效鋁合金進行比較。ECAP影響高周疲勞行為和疲勞強度的平均應力敏感性。相關論文題為Equal-channel angular pressing influencing the mean stress sensitivity in the high cycle fatigue regime of the 6082 aluminum alloy”發表在Materials Science & Engineering A。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140014
6082鋁合金常規擠壓截面15×15mm正方形實心型材，為達到峰值應力鋁合金530℃×60min固溶處理后進行170℃×65h時效處理，下文簡稱為T6（屈服強度297MPa；抗拉強度307MPa；伸長率23.7%)。上述固溶處理后，立即單次進行室溫ECAP（角度90°；速度50mm/min），后進行170℃×40min時效處理，其中冷塑性變形后人工時效的工藝順序稱為T8，下文簡稱為T8 ECAP（屈服強度332MPa；抗拉強度345MPa；伸長率18.3%)。在室溫下拉-壓（R=-1）、拉（R=0）和拉-拉（R=0.1）高周疲勞試驗在三種拉壓比下進行。
研究發現，在擠壓峰時效下（T6）纖維組織結構強(晶粒)5-40μm），在ECAP處理后，微結構不均勻，由于局部塑性應變，晶粒尺寸小于1μm、寬度為40μm細晶剪切帶。擠壓峰值時效合金的疲勞強度受應力比的影響很大，因此具有明顯的平均應力敏感性，高應力比平均應力的增加導致疲勞強度范圍的下降。T6單次合金ECAP在所有應力比下，疲勞強度振幅顯著增加。此外，平均應力的影響降至接近零，不同應力的疲勞強度幾乎相同。ECAP經過處理后，合金對壓縮應力更敏感ECAP處理引入的剪切變形，壓縮載荷和擠壓峰值時效合金（362±4 MPa）相比表現出較小的屈服強度（355±2 MPa）。
圖1T6態和T8 ECAP態顯微組織
圖2 6082鋁合金T8 ECAP疲勞加載后斷口表面的光學顯微圖
研究表明，平均應力敏感性不僅受到拉伸屈服強度的影響，而且與材料的微結構、力學性能和加工方法密切相關。疲勞強度對應力比的依賴主要受到某一加載方向的敏感性的影響。壓縮加載和拉伸加載在高循環疲勞狀態下同樣重要。
圖3 在三種應力比下，常規擠壓6082鋁合金T6態和T8 ECAP狀態疲勞行為
圖4 6082鋁合金常規擠壓T6態和T8 ECAP態疲勞強度NE=107平均應力敏感性
(文:破風)
本文來自材料科學與工程。請聯系我們，未經許可拒絕轉載到其他網站。
