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塑性基于红外热成像镁合金材料疲劳裂纹扩展试验

收藏本文 2024-03-19 点赞:15140 浏览:61386 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:镁合金是目前在工程运用中密度最低的金属结构材料,具有高比强、高比模、高阻尼以及优异的铸造、切削加工性能和易回收等优点,在汽车、航空航天、国防等领域具有重要的运用价值和广阔的运用前景,但其疲劳性能不足已经影响了其进一步的广泛运用。红外热成像技术是当前快速进展的一种新型检测技术,具有非接触性、高灵敏度、高分辨率、显示直观等一系列优点,而且这项技术已经运用到材料疲劳性能的探讨之中。运用红外热成像技术来探讨镁合金材料的疲劳性能具有十分重要的作用。本论文利用红外热成像技术,分别对平行于挤压方向(ED)和垂直于挤压方向(TD)的AZ31B镁合金板材的疲劳裂纹扩展历程中试件表面温度的变化情况进行监测,浅析疲劳裂纹尖端温升值与裂纹长度的对应联系,试件表面温度分布差别与裂纹扩展走势的联系,并分别对其裂纹扩展机理进行了探讨,将两个方向的疲劳裂纹扩展历程及其机理进行比较浅析。疲劳裂纹扩展的试验结果表明,在疲劳裂纹扩展历程中,镁合金板材表面温度变化经过一个升温、降温的历程,在稳定扩展阶段,温度变化不大,在快速扩展阶段,温度呈显著上升走势。平行于挤压方向的AZ31B镁合金板材的三组试件最高温升值分别为A1试件10.89℃,A2试件15.19℃,A3试件12.37℃;垂直于挤压方向的AZ31B镁合金板材的四组试件最高温升值分别为B1试件14.89℃,B2试件17.47℃,B3试件16.86℃,B4试件15.30℃。分别对其疲劳裂纹扩展速率进行测定,da/dN-△K曲线的Paris公式常量C和n如下:平行于挤压方向的AZ31B镁合金板材在3.7△K≤5.5MPa·m1/2的范围内为3.66×10-8和3.67,在5.5△K6.1MPa·m1/2范围内为1.00×10-21和22.1,在6.1△K≤12.0MPa·m1/2范围内为1.57×10-5和1.60;垂直于挤压方向的AZ31B镁合金板材在5.7△K7.5MPa·m1/2范围内为9.71×10-13和5.17,在7.5≤12.6MPa·m1/2范围内为2.37×10-7和3.35。探讨表明,疲劳试件表面的最高温度区域与材料的疲劳损伤机制相关。该区域对应材料的应力集中区,是疲劳微裂纹形成与扩展的部位,温度变化与试件的最终断面相吻合。在裂纹扩展历程中,裂纹尖端始终是整个镁合金板材表面的温度最高处,通过红外热像图可以看到裂纹扩展的走向以及走势。关键词:AZ31B镁合金论文疲劳裂纹扩展论文红外热成像论文塑性变形论文

    摘要4-6

    ABSTRACT6-11

    第一章 绪论11-25

    1.1 选题背景及作用11-12

    1.2 镁合金疲劳断裂探讨近况12-17

    1.2.1 疲劳断裂力学论述12-14

    1.2.2 镁合金断裂机制探讨近况14-16

    1.2.3 镁合金疲劳性能探讨近况的不足16-17

    1.3 外热像法在材料疲劳性能中的探讨近况17-22

    1.3.1 红外热像仪测量温度的基本原理17-18

    1.3.2 疲劳热像法介绍18-20

    1.3.3 红外热像法探讨疲劳性能的近况20-22

    1.4 本论文主要探讨内容及技术路线22-25

    1.4.1 本论文主要探讨内容22-23

    1.4.2 本论文的技术路线23-25

    第二章 循环载荷下裂纹尖端应变能与温度的对应联系25-35

    2.1 引言25

    2.2 裂纹尖端应力状态探讨25-29

    2.2.1 裂纹扩展与应力强度因子△K之间的联系25-28

    2.2.2 裂纹尖端应力状态的探讨28-29

    2.3 裂纹尖端应力与温度的联系探讨29-33

    2.3.1 热力学基础29-30

    2.3.2 形变温度对断裂的影响30-31

    2.3.3 裂纹扩展历程中尖端应力与温度变化联系31-33

    2.4 本章小结33-35

    第三章 试验策略及设备35-45

    3.1 引言35

    3.2 试验材料35-37

    3.2.1 力学性能35-36

    3.2.2 试件参数36-37

    3.3 基于红外热成像的疲劳裂纹扩展试验及数据浅析策略37-40

    3.3.1 a-N曲线与da/dN-△K曲线37-38

    3.3.2 裂纹扩展速率的测定38-39

    3.3.3 温度数据的测定及试验数据的处理39-40

    3.4 试验设备40-43

    3.4.1 疲劳试验设备40-41

    3.4.2 红外热像仪41-42

    3.4.3 试验浅析设备42-43

    3.5 本章小结43-45

    第四章 平行于挤压方向的AZ31B镁合金疲劳裂纹扩展探讨45-55

    4.1 引言45

    4.2 疲劳裂纹扩展试验及数据浅析45-49

    4.2.1 试验的最大载荷45

    4.2.2 a-N曲线与da/dN-曲线45-47

    4.2.3红外热像图及温度数据47-49

    4.3 疲劳裂纹扩展机理49-53

    4.3.1 宏观形貌49-50

    4.3.2 显微组织浅析50-51

    4.3.3 断口观察与浅析51-53

    4.4 温度数据与裂纹扩展速率比较浅析53-54

    4.5 本章小结54-55

    第五章 垂直于挤压方向的AZ31B镁合金疲劳裂纹扩展探讨55-65

    5.1 引言55

    5.2 疲劳裂纹扩展试验及数据浅析55-60

    5.2.1 试验的最大载荷55

    5.2.2 a-N和da/dN-△K曲线55-58

    5.2.3 外热像图及温度数据58-60

    5.3 疲劳裂纹扩展机理60-62

    5.3.1 显微组织浅析60-61

    5.3.2 断口观察与浅析61-62

    5.4 温度数据与裂纹扩展速率比较浅析62-63

    5.5 本章小结63-65

    第六章 平行与垂直于挤压方向的AZ31B镁合金疲劳裂纹扩展比较探讨65-69

    6.1 引言65

    6.2 dad/N△K曲线比较65-66

    6.3 温度数据比较66-67

    6.4 本章小结67-69

    第七章 结论与展望69-71

    7.1 结论69-70

    7.2 展望70-71

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