本文關(guān)鍵詞：重要鋁合金結(jié)構(gòu)件失效機理研究

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【摘要】：Al-Zn-Mg合金是一種典型的可熱處理強化的可焊接鋁合金,作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應用于航空航天以及交通運輸?shù)阮I域。以往針對其微觀組織對裂紋萌生及擴展影響的研究一般采用實驗室自制材料,并在單一影響因子下進行實驗與表征,而忽略了實際工程材料中微觀組織結(jié)構(gòu)的不均勻性以及失效條件的復雜性等現(xiàn)實問題,導致結(jié)果存在較大分歧,很難對實際生產(chǎn)做出指導。本文針對兩種實際7005鋁合金工程結(jié)構(gòu)件,主要通過利用掃描電子顯微鏡(SEM)、電子背散射衍射技術(shù)(EBSD)以及掃描透射電子顯微鏡(STEM)等手段,深入研究不同失效結(jié)構(gòu)件中微觀組織與裂紋萌生、擴展的關(guān)系。一方面,系統(tǒng)地表征了微觀組織不均勻的材料中,各組織對裂紋牽制或促進作用的機理;另一方面,則研究了焊接缺陷與母材組織的對焊接區(qū)裂紋擴展的影響。論文主要創(chuàng)新點可總結(jié)如下:(1)材料的成形過程以及回復再結(jié)晶都會導致材料產(chǎn)生一定程度的組織不均勻,裂紋在不均勻組織內(nèi)擴展將受到各組織不同程度的抑制作用。當斷裂平面平行于不均勻晶粒組織界面時,裂紋更趨向于沿此界面進行擴展。(2)沿晶裂紋更傾向于沿大角度晶界擴展,小角度晶界上的沿晶裂紋常常被阻礙,導致閉合或偏轉(zhuǎn)。大多數(shù)的穿晶裂紋在遇到大角度晶界時,由于相鄰晶粒的可激活滑移面之間的取向差非常大,滑移面的轉(zhuǎn)換相對困難,會受到很大的阻礙作用,導致裂紋在跨過晶界進入臨近晶粒內(nèi)時,路徑會發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn),甚至斷裂形式將由滑移轉(zhuǎn)變?yōu)榻饫頂嗔选?3)相比粗晶和細小的再結(jié)晶晶粒,變形晶粒對裂紋有更大的阻礙作用。裂紋在局部再結(jié)晶區(qū)域內(nèi)擴展時,將優(yōu)先沿著再結(jié)晶形成的大角度晶界擴展而避開這些變形晶粒。若裂紋無法繼續(xù)沿合適的再結(jié)晶晶粒進行沿晶擴展,在外力迫使下,裂紋將以高能態(tài)解理斷裂的形式穿過形變拉長晶粒。(4)熔合線區(qū)域通常是焊接結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),加之焊縫及周圍熱影響區(qū)中常伴隨氣孔等焊接缺陷,裂紋傾向于在此處萌生并擴展,微孔聚合型斷裂是其主要的斷裂方式。(5)焊接熱輸入會導致母材熱影響區(qū)內(nèi)的晶粒組織形貌發(fā)生改變,在本研究中焊接使母材熱影響區(qū)內(nèi)的晶粒組織發(fā)生再結(jié)晶而明顯細化,降低了材料的塑/韌性,是導致結(jié)構(gòu)件失效的內(nèi)在原因。
【關(guān)鍵詞】：Al-Zn-Mg合金 斷裂 失效 EBSD TEM 微觀組織
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 Al-Zn-Mg-(Cu)系合金的國內(nèi)外發(fā)展與應用概況10-14
• 1.3 Al-Zn-Mg-(Cu)系合金成形工藝對組織的影響14-19
• 1.3.1 鑄造成形與鑄態(tài)組織14
• 1.3.2 擠壓成形及其對組織的影響14-16
• 1.3.3 軋制成形及其對組織的影響16-17
• 1.3.4 焊接成形及其對組織的影響17-19
• 1.4 鋁合金中常見的斷裂機理19-23
• 1.4.1 滑移和解理19-21
• 1.4.2 微孔聚合型斷裂21-22
• 1.4.3 沿晶斷裂22
• 1.4.4 疲勞斷裂22-23
• 1.5 Al-Zn-Mg-(Cu)系合金微觀組織對裂紋的影響23-24
• 1.5.1 析出相對材料韌性的影響23
• 1.5.2 含Cr、Mn等元素的彌散相與裂紋的萌生23-24
• 1.5.3 連續(xù)體粒子對裂紋萌生和擴展的影響24
• 1.5.4 晶粒組織對裂紋擴展的影響24
• 1.6 本論文的研究目的和主要內(nèi)容24-26
• 第2章 實驗條件與方法26-35
• 2.1 實驗材料26-28
• 2.2 實驗技術(shù)流程28-29
• 2.3 實驗儀器與設備29-30
• 2.4 顯微組織分析30-33
• 2.4.1 金相組織分析30
• 2.4.2 透射電子顯微鏡觀察30-31
• 2.4.3 掃描電子顯微鏡觀察31-32
• 2.4.4 電子背散射衍射分析32-33
• 2.5 力學性能測試33-35
• 2.5.1 顯微硬度測試33
• 2.5.2 拉伸實驗33-35
• 第3章 微觀組織不均勻性對裂紋擴展的影響35-53
• 3.1 結(jié)構(gòu)件的硬度分布與微觀組織表征35-43
• 3.1.1 結(jié)構(gòu)件的硬度分布37-38
• 3.1.2 晶粒組織形貌38-41
• 3.1.3 連續(xù)體粒子、析出相和彌散相41-43
• 3.2 細晶帶處的裂紋擴展機制43-44
• 3.3 裂紋偏轉(zhuǎn)的微觀機制44-46
• 3.4 裂紋末梢的斷裂機制46-49
• 3.5 再結(jié)晶晶粒對裂紋擴展的影響49-51
• 3.6 本章小結(jié)51-53
• 第4章 焊接缺陷與母材組織對裂紋的影響53-64
• 4.1 焊接失效件的宏觀分析與硬度分布53-55
• 4.2 焊接缺陷對裂紋的影響55-59
• 4.3 焊接區(qū)微觀結(jié)構(gòu)對裂紋的影響59-63
• 4.3.1 焊接前后晶粒組織的變化59-62
• 4.3.2 連續(xù)體粒子和析出相的影響62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-65
• 參考文獻65-70
• 致謝70-71
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文目錄71

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本文編號：733640