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分析鋁合金裂紋萌生與擴(kuò)展規(guī)律的影響

返回列表 來源:未知 發(fā)布日期:2019-09-11 09:23【
7A04鋁 合 金 因 其 重 量 輕、強(qiáng)度高和耐腐蝕性 強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,主要用于 飛行蒙皮、機(jī)身和起落架等。由于受到沿海、大氣等 環(huán)境影響,導(dǎo)致飛機(jī)在服役過程中易發(fā)生應(yīng)力腐蝕 開裂(SCC),且 SCC 發(fā) 生 前 無 任 何 預(yù) 兆,致 使 預(yù) 防 變得十分困難,經(jīng)常帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。特別是 在高空飛行時,整個機(jī)身都處于0 ℃以下的低溫環(huán) 境中,可能加劇材料的應(yīng)力腐蝕開裂。因此,研究低 溫環(huán)境對7A04鋁合金在SSRT 過程中裂紋萌生與 擴(kuò)展規(guī)律的影響十分重要。

1 實(shí)驗

1.1 實(shí)驗材料與試劑

采用7A04鋁合金試樣,材料的化學(xué)成分如表1 所示。

將7A04鋁 合 金 板 材 按 照 GB/T228.1-2010 《金屬材料拉伸試驗第 1 部 分:室 溫 試 驗 方 法》和 HB7235-1995《慢應(yīng)變速率應(yīng)力腐蝕試驗方法》加 工成試樣,其尺寸如圖1所示。

1.2 實(shí)驗方法

使用 NKK-4050微機(jī)電子式慢應(yīng)變應(yīng)力腐蝕 試驗機(jī)研究低溫對7A04鋁合金試樣在 SSRT 過程 中裂 紋 萌 生 和 擴(kuò) 展 規(guī) 律 的 影 響,并 使 用 XODC- 2030-II高低溫循環(huán)一體機(jī)對溶液溫度進(jìn)行控制。 經(jīng)過處理的鋁合金樣品在以下兩種條件下進(jìn)行 試驗研究:
1)將其放在不同溫度的3.5%NaCl溶液 (溶劑為 防 凍 液)中 進(jìn) 行 SSRT 試 驗,拉 伸 速 率 為 3μm/min;
2)將其放在不同溫度的3.5%NaCl溶液 (溶劑為防凍液)中進(jìn)行SSRT 試驗,不加載應(yīng)力。 在溫度分別為25、-5、-10、-15℃條件下,在 3.5%NaCl溶液中對7A04鋁合金試樣進(jìn)行 SSRT 研究,對同一實(shí)驗條件下分別采用加載應(yīng)力和不加 載應(yīng)力兩種方式分別進(jìn)行原位電化學(xué)阻抗譜測試, 并計算不同溫度條件下的應(yīng)力腐蝕敏感性,應(yīng)力腐 蝕敏感性系數(shù)用公式ISSRT =1-σem (1+δem ) σim (1+δim )表示 (其中δem 和δim 是環(huán)境介質(zhì)和惰性介質(zhì)中的延伸率;σem 和σim 是環(huán)境介質(zhì)和惰性介質(zhì)中的斷裂強(qiáng)度)。

1.3 電化學(xué)測試

采用三電極 體 系,工 作 電 極 為7A04鋁 合 金 試 樣測量段,輔助電極為碳棒,參比電極為銀-氯化鉀 電極,試驗裝置如圖2所示。 電化學(xué)制樣:用 無 水 乙 醇 和 丙 酮 清 洗7A04鋁 合金試樣表面,再 使 用 超 聲 波 清 洗 機(jī) 清 洗15 min。 在實(shí)驗中不測量的試樣部分絕緣并用絕緣膠密封, 待絕緣膠完全固化后,將試樣密封。

1.4 微觀組織形貌觀察

切割鋁合金試樣斷口,用酒精和丙酮清洗,再使用超聲波清洗機(jī)(KQ-500DE,昆山舒美實(shí)驗設(shè)備有限公司)清 洗 20 min,冷 風(fēng) 吹 干,通 過 HitachiS-3400N 型掃描電子顯微鏡(SEM)觀 察 斷 口形貌。

2 結(jié)果與分析

因此在-15~25℃范圍內(nèi),隨著溫度降低,斷裂 類型由混合型轉(zhuǎn)變?yōu)閱我恍?,但?dāng)溫度下降到-5 ℃ 以下后,斷口開始表現(xiàn)出脆性特征,斷裂時間減少。 原因可能為在低溫條件下,鋁合金試樣的塑性和韌 性降低,脆性增加,導(dǎo)致材料在應(yīng)力水平較低的情況 下更容易發(fā)生斷裂。為了定量預(yù)測出7A04鋁合金試樣在 SSRT 過 程中裂紋萌生與擴(kuò)展時刻,每隔30min對加載應(yīng)力 和未加載應(yīng)力的鋁合金試樣各進(jìn)行一次電化學(xué)阻抗 譜的測量,得到相位隨頻率變化的曲線,然后選擇頻 率分別為10、100、1000 Hz的 相 位 值,得 到 加 載 應(yīng) 力和未加載應(yīng)力條件下每隔30min的相位值,從而 得到相位值隨時間變化的曲線,再將在同一時刻的 加載應(yīng)力和未加載應(yīng)力的相位值進(jìn)行做差處理得到 相移隨時間變化的曲線。為不同溫度下裂紋萌生和明顯擴(kuò)展時刻的 比較。通過相移法分析可知在低溫條件下,溫度的 降低會促進(jìn)裂紋的萌生和擴(kuò)展,溫度越低對裂紋萌 生和擴(kuò)展的促進(jìn)效果越強(qiáng)。導(dǎo)致該結(jié)果產(chǎn)生的原因 可能為:溫度越低,點(diǎn)蝕坑的形成越多,并且點(diǎn)蝕 坑尺寸增大、深度增大,小的點(diǎn)蝕坑融合形成大的點(diǎn) 蝕坑,同時溫度降低導(dǎo)致氧氣溶解度升高,促進(jìn)陰極 反應(yīng)。這表 明 溫 度 的 降 低 會 降 低 鋁 合 金 的 耐 腐 蝕 性,縮短裂紋萌生與明顯擴(kuò)展時刻。因此,在低溫條 件下,溫度的降低縮短了裂紋萌生和擴(kuò)展時刻,明顯 降低了鋁合金的耐腐蝕性。

3 結(jié)論

1)7A04鋁合金在不同溫度條件下的應(yīng)力腐蝕 敏感性的大小關(guān)系為25 ℃>-15 ℃>-10 ℃> -5 ℃。通過SEM 斷口分析可知,溫度的降低會改 變斷裂 方 式,表 現(xiàn) 為 從 混 合 斷 裂 向 脆 性 穿 晶 斷 裂 發(fā)展。
2)由一種電化學(xué)阻抗譜的原位解析方法可知, 溫度的降低可以有效地抑制裂紋萌生和明顯擴(kuò)展, 具體表現(xiàn)為溫度越低對裂紋萌生和擴(kuò)展的抑制效果 越不明顯,其中-5 ℃時抑制效果最強(qiáng)???將 整 個 SCC過程大致分為四個階段即氧化膜溶解、裂紋萌 生、動態(tài)平衡、裂紋明顯擴(kuò)展。
3)通過 Kramers-Kronig轉(zhuǎn) 換 驗 證 了 不 同 溫 度 下電化學(xué)阻抗譜實(shí)驗值的可靠性。


 


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