2219铝合金蠕变裂纹扩展及损伤研究

作     者：郭琦 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许富民

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：2219铝合金 蠕变裂纹扩展 面外拘束效应 同步辐射断层扫描 

摘      要：铝合金由于其轻量化,逐渐被应用于诸多领域中。随着航空航天的发展,对于耐高温铝合金性能的研究逐渐受到科研人员的关注,而蠕变裂纹扩展是其中重要性能之一。传统的二维观察手段得到了很多重要的蠕变裂纹扩展信息,但一些三维的信息无法通过二维的方法获得。在本工作中,对蠕变裂纹扩展行为研究的同时,利用基于计算机成像的同步辐射X射线断层扫描对蠕变裂纹尖端进行了研究。本文利用直流电位法等方式探究了试样厚度即面外拘束对蠕变裂纹扩展行为的影响。结果表明,随着面外拘束水平的提高,蠕变裂纹的孕育期变短,开裂点提前,扩展速率增大。在与蠕变裂纹扩展速率的关联中,不同面外拘束水平下,修正J积分C*可以更好的描述裂纹尖端应力场。在低C*区域,面外拘束对蠕变裂纹扩展的影响较小;在高C*区域,面外拘束对蠕变裂纹扩展的影响较大。面外拘束对蠕变裂纹扩展速率的影响与蠕变有关。当面外拘束较小时,材料的三轴应力度降低,试样更容易发生蠕变,导致蠕变裂纹扩展需要更多的能量,降低了速率。之后利用基于计算机成像的同步辐射X射线断层扫描技术对裂纹尖端展开研究。重构结果表明,裂纹尖端附近存在大量的小体积损伤。孔洞的形核生长促进了主裂纹的扩展,并且孔洞的分布与主裂纹扩展方向存在着一定的夹角。厚度方向中心处的裂纹长度要大于试样表面处,孔洞的数量和体积也存在着差异。载荷和蠕变裂纹扩展时间对蠕变裂纹扩展的影响是类似的,即随着载荷和蠕变裂纹扩展时间的增加,主裂纹的长度和体积以及微裂纹、孔洞的数量和体积都会增加。