鋁合金與大多數(shù)金屬材料一樣，通常對(duì)平均應(yīng)力較敏感。特別是拉伸平均應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度有不利的影響，能夠促進(jìn)裂紋的萌生和擴(kuò)展，導(dǎo)致斷裂。材料的平均應(yīng)力敏感性，對(duì)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用壽命預(yù)測(cè)具有重要意義。許多關(guān)于鋁合金的研究證明了這一課題的必要性，這些研究主要集中在合金的平均應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響程度，以及用不同的數(shù)值方法計(jì)算疲勞壽命。等通道角壓(ECAP)是最突出的大塑性變形（SPD）許多研究證明，技術(shù)之一已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)規(guī)模ECAP處理對(duì)鋁合金高周疲勞行為有益，但嚴(yán)重塑性變形對(duì)鋁合金平均應(yīng)力敏感性的影響仍為空白。
德國開姆尼茨工業(yè)大學(xué)的研究人員為6082鋁合金單道ECAP加工，并與常規(guī)擠壓峰時(shí)效鋁合金進(jìn)行比較。ECAP影響高周疲勞行為和疲勞強(qiáng)度的平均應(yīng)力敏感性。相關(guān)論文題為Equal-channel angular pressing influencing the mean stress sensitivity in the high cycle fatigue regime of the 6082 aluminum alloy”發(fā)表在Materials Science & Engineering A。
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https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140014
6082鋁合金常規(guī)擠壓截面15×15mm正方形實(shí)心型材，為達(dá)到峰值應(yīng)力鋁合金530℃×60min固溶處理后進(jìn)行170℃×65h時(shí)效處理，下文簡(jiǎn)稱為T6（屈服強(qiáng)度297MPa；抗拉強(qiáng)度307MPa；伸長率23.7%)。上述固溶處理后，立即單次進(jìn)行室溫ECAP（角度90°；速度50mm/min），后進(jìn)行170℃×40min時(shí)效處理，其中冷塑性變形后人工時(shí)效的工藝順序稱為T8，下文簡(jiǎn)稱為T8 ECAP（屈服強(qiáng)度332MPa；抗拉強(qiáng)度345MPa；伸長率18.3%)。在室溫下拉-壓（R=-1）、拉（R=0）和拉-拉（R=0.1）高周疲勞試驗(yàn)在三種拉壓比下進(jìn)行。
研究發(fā)現(xiàn)，在擠壓峰時(shí)效下（T6）纖維組織結(jié)構(gòu)強(qiáng)(晶粒)5-40μm），在ECAP處理后，微結(jié)構(gòu)不均勻，由于局部塑性應(yīng)變，晶粒尺寸小于1μm、寬度為40μm細(xì)晶剪切帶。擠壓峰值時(shí)效合金的疲勞強(qiáng)度受應(yīng)力比的影響很大，因此具有明顯的平均應(yīng)力敏感性，高應(yīng)力比平均應(yīng)力的增加導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度范圍的下降。T6單次合金ECAP在所有應(yīng)力比下，疲勞強(qiáng)度振幅顯著增加。此外，平均應(yīng)力的影響降至接近零，不同應(yīng)力的疲勞強(qiáng)度幾乎相同。ECAP經(jīng)過處理后，合金對(duì)壓縮應(yīng)力更敏感ECAP處理引入的剪切變形，壓縮載荷和擠壓峰值時(shí)效合金（362±4 MPa）相比表現(xiàn)出較小的屈服強(qiáng)度（355±2 MPa）。
圖1T6態(tài)和T8 ECAP態(tài)顯微組織
圖2 6082鋁合金T8 ECAP疲勞加載后斷口表面的光學(xué)顯微圖
研究表明，平均應(yīng)力敏感性不僅受到拉伸屈服強(qiáng)度的影響，而且與材料的微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和加工方法密切相關(guān)。疲勞強(qiáng)度對(duì)應(yīng)力比的依賴主要受到某一加載方向的敏感性的影響。壓縮加載和拉伸加載在高循環(huán)疲勞狀態(tài)下同樣重要。
圖3 在三種應(yīng)力比下，常規(guī)擠壓6082鋁合金T6態(tài)和T8 ECAP狀態(tài)疲勞行為
圖4 6082鋁合金常規(guī)擠壓T6態(tài)和T8 ECAP態(tài)疲勞強(qiáng)度NE=107平均應(yīng)力敏感性
(文:破風(fēng))
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