Al-Zn-Mg合金焊接接頭疲勞裂紋萌生特性研究.pdf

1、A7N01鋁合金是一種典型的Al-Zn-Mg合金，廣泛用于高速列車結構，疲勞失效是該合金失效的主要形式。疲勞失效包括了疲勞裂紋萌生和擴展兩個階段，通過斷裂力學可以較好的預測疲勞裂紋擴展壽命，但卻無法預測裂紋萌生階段的壽命，而這一階段甚至能夠占據疲勞總壽命的50％以上。
　　本文針對A7N01鋁合金焊接接頭進行了缺口疲勞試驗，考察了焊縫、熱影響區(qū)和母材的疲勞裂紋萌生特性。實驗結果表明，在較高應力幅下，母材和焊縫區(qū)的疲勞裂紋萌生壽命差

2、異較小，隨著應力幅的降低，母材和焊縫區(qū)的裂紋萌生壽命的差別逐漸顯現，與母材和焊縫相比，熱影響區(qū)的疲勞裂紋萌生壽命值波動較大。母材的疲勞總壽命高于熱影響區(qū)和焊縫的疲勞總壽命，焊縫的疲勞總壽命最低。三個區(qū)域疲勞裂紋萌生壽命占總壽命的比例與應力幅無關，該比例與微區(qū)性能關系密切，各區(qū)差異顯著，其中焊縫最高，母材最低。
　　斷口分析表明，疲勞裂紋在母材區(qū)萌生于富含Fe的未回溶大尺寸第二相粒子，在焊縫區(qū)萌生于晶界，晶界上存在元素偏析，熱影響區(qū)

3、疲勞裂紋萌生于邊緣靠近焊趾處。通過顯微組織分析發(fā)現，第二相粒子在加載前已經碎裂，晶界上有雜質元素Fe和合金元素Cr的富集，氣孔主要位于熔合區(qū)。
　　利用連續(xù)損傷力學，基于微塑性假設構建了焊接接頭的高周疲勞損傷模型。在該模型中，不考慮裂紋閉合效應，確定了損傷條件，提出了微塑性應變的對偶變量X，X為對微塑性變形起作用的短程內應力。通過裂紋萌生壽命曲線，對應于7N01鋁合金得到損傷模型中的材料參數，確定了預測7N01鋁合金焊接接頭焊縫區(qū)