Обоснование влияния структурообразующих факторов и условий нагружения на усталостную долговечность и механизм разрушения алюминиевых сплавов

• Автор: Фролова, Олеся Алекснадровна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Оренбург
• Количество страниц: 120 с. : ил.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. КИНЕТИКА И МЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

1.1 Стадийность и механизм усталостного разрушения

1.2 Пластические зоны при усталостном разрушении металлических материалов

1.3 Структура и свойства литейных алюминиевых сплавов

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Исследуемые материалы

2.2 Методики исследования поверхности образцов после различных видов поверхностной упрочняющей обработки

2.3 Испытание образцов на усталость

2.4 Методики макро- и микрофрактографических исследований

2.5 Методика рентгеноструктурного анализа изломов

3 УСТАЛОСТНАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И МЕХАНИЗМ РАЗРУШЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, ПОЛУЧЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ ЛИТЬЯ И УПРОЧНЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКОЙ
3.1 Влияние способов литья на усталостную долговечность и механизм разрушения сплавов АК8МЗч, ВАЛ 12 и ВАЛ
3.2 Влияние поверхностной обработки на микрорельеф и структурные изменения материала в поверхностном слое
3.3 Влияние поверхностной обработки на усталостную долговечность и механизм разрушения сплавов АК8МЗч, ВАЛ16
Выводы по разделу
4 ВЛИЯНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА АСИММЕТРИИ ЦИКЛА НАГРУЖЕНИЯ НА УСТАЛОСТНУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И МЕХАНИЗМ РАЗРУШЕНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОГО АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АК6
4.1 Влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения на усталостную долговечность образцов
4.2 Влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения на строение усталостных изломов и механизм разрушения образцов
4.3 Пластические зоны под поверхностью усталостных изломов
Выводы по разделу
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Разработка новой техники, отличающейся малым весом и материалоемкостью, требует широкого использования легких высокопрочных металлических материалов, совершенствования технологии изготовления и упрочнения изделий, а также разработки методов оценки их надежности и качества в условиях, приближенных к эксплуатационным.
Поскольку большинство конструкций и деталей машин из алюминиевых сплавов подвержены знакопеременным и сжимающим циклическим нагрузкам, необходимо изучить механизмы усталостного разрушения при данных циклах нагружения, в том числе и формирование пластических зон у вершины усталостной трещины. Пластические зоны, являясь своего рода связующим звеном между структурой и механическими свойствами материала, отражают особенности его поведения в конкретных условиях нагружения и являются наиболее достоверным критерием оценки локального напряженного состояния материала у вершины трещины в момент разрушения.
Известно, что среди различных способов производства металлических изделий литье заготовок и готовых деталей относится к наиболее конкурентоспособным, так как имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с другими технологическими процессами. Для литейных алюминиевых сплавов, учитывая особенности структуры, важно установить связь способов литья и последующей термической обработки заготовок с усталостной долговечностью (числом циклов до разрушения образцов) и механизмом разрушения данных сплавов. Это важно для поиска путей упрочнения материала, обеспечивающих высокий уровень сопротивления материала как зарождению, так и распространению трещины, а также для совершенствования технологии литейного производства.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Оренбургского государственного университета на 1998-2000 годы в рамках: инициативной госбюджетной РШР «Прочность и разрушение материалов и кон-

Природа выделений в сплаве ВАЛ12 зависит от отношения массовых долей г1п:М% и условий проведения термической обработки. В данном сплаве отношение 2п:М&>2. Следовательно, с учетом данного соотношения легирующих элементов после термической обработки образуется упрочняющая р (Мё2п2) фаза пластинчатой формы [45, 64]. Медь в соотношении концентраций ведет себя аналогично цинку; основное ее количество растворяется в соединении г) {М%Ъп2) и, поэтому своей фазы - упрочнителя не образует [45]. Высокая прочность и низкая пластичность данного сплава обусловлены свойствами матричной фазы - алюминиевого твердого раствора с частицами упрочняющей фазы. По-видимому, развитие усталостной трещины в такой матрице, гораздо менее пластичной и более напряженной, чем в сплаве АК8МЗч, облегчено. Поэтому усталостная долговечность сплава ВАЛ 12 при одном и том же способе литья ниже, чем у сплава АК8МЗч.
В структуре сплава ВАЛ 16 образуются грубые частицы (3(А13М§2) -упрочняющей фазы пластинчатой формы, расположенные по границам зерен [26, 67], что, по-видимому, снижает сопротивление усталостному разрушению данного сплава по сравнению с рассмотренными выше.
Таким образом, усталостные испытания образцов из алюминиевых литейных сплавов показали, что наилучшими усталостными характеристиками обладают сплавы, полученные литьем с кристаллизацией под давлением; наихудшими - сплав, полученный литьем в песчаную форму [29].
Результаты корреляционного и регрессионного анализов результатов усталостных испытаний для кривых 1-6 (рис. 3.1) представлены в таблице
3.1. Границы 95%-ной доверительной области для теоретической линии регрессии результатов усталостных испытаний представлены в таблице 3.2.
Были определены коэффициенты уравнений линейной регрессии и составлены уравнения линейной регрессии для каждой кривой. За независимую величину в уравнениях регрессии принимали х! = аа (МПа); за у; - принимали 1§ N (цикл.). Коэффициент корреляции гху для всех вышеуказанных кривых