喷射成形2195铝锂合金温热力学性能与低周疲劳行为研究

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铝锂合金由于具有低密度、高比强度、良好的抗疲劳性能等特性在航空航天领域获得了广泛的应用。铝锂合金室温塑性较差,温热成形是获得铝锂合金构件的重要成形方法。但相比于传统铝合金,铝锂合金对变形温度和变形速率等工艺参数更为敏感,其成形工艺窗口较窄。此外,铝锂合金结构部件在服役过程中会受到循环载荷的影响,然而国内外有关铝锂合金温热流变行为、力学性能、低周疲劳行为及断裂机制等方面的研究较少,对合理制定铝锂合金温热成形工艺带来很大的技术挑战。因此,本文针对2195铝锂合金挤压板材,通过不同试验手段对合金在温热变形条件下的力学性能、低周疲劳行为及断裂机制进行了系统研究,本文的主要工作及结论如下:(1)采用单拉试验研究了温度、取样方向及应变速率对流变行为和力学性能的影响。研究发现随着温度的升高,合金的应力-应变曲线分别表现出不同的流变行为。温度恒定时,随着应变速率的提高,合金的屈服强度及延伸率呈现出总体降低的趋势,而抗拉强度不断升高。当应变速率一定时,随变形温度的升高,合金的屈服强度及抗拉强度均明显降低。(2)采用低周疲劳试验对2195铝锂合金在不同试验条件下的低周疲劳特性进行了系统研究,同时建立不同的疲劳寿命预测模型对板材的低周疲劳寿命进行评估。低温、低应变幅下的循环应力响应曲线表现出完全循环硬化行为,而在其他条件下的循环应力响应曲线均呈现出先循环硬化后循环软化的特征。此外,通过对比发现基于总应变能密度的疲劳寿命预测模型具有最佳的预测效果。(3)采用SEM对不同试验条件下的拉伸及疲劳断口进行观察,分析了不同变形条件对合金拉伸及疲劳断裂行为的影响。发现随着温度的升高,合金逐渐由沿晶断裂模式演变为韧性断裂模式。通过观察合金的疲劳断口发现,低温、低应变幅条件下的合金疲劳条带特征十分明显。随着温度及应变幅的升高,疲劳条带特征弱化。相比于低温下的疲劳断口,高温下的疲劳断口出现了韧窝、撕裂棱等特征。
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