AZ31B鎂合金疲勞過程中的產(chǎn)熱分析及性能預(yù)測.pdf

1、鎂合金具有低密度、比強(qiáng)度、比剛度高，易回收等一系列的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通和3C產(chǎn)品，是繼鋼鐵材料和鋁合金之后發(fā)展起來的第三大材料，被稱為“21世紀(jì)的綠色工程結(jié)構(gòu)材料”。
　　 疲勞失效是工程構(gòu)件失效的主要形式，在疲勞過程中，由于內(nèi)部微觀缺陷的演化，產(chǎn)生塑性變形，伴隨有能量耗散，試樣有溫度變化。
　　 本文利用Infra Tec紅外熱像儀對AZ31B鎂合金板材在疲勞過程中表面溫度變化進(jìn)行監(jiān)測，探究疲勞過程中

2、試樣表面溫度變化規(guī)律及產(chǎn)熱機(jī)理;對疲勞過程不同階段的試樣進(jìn)行拉伸測試，進(jìn)行力學(xué)性能分析，探究引起溫度變化的原因;并利用熱力學(xué)方程對試樣疲勞過程中的產(chǎn)熱進(jìn)行定量計算;應(yīng)用疲勞過程中試樣表面的溫度變化規(guī)律進(jìn)行疲勞強(qiáng)度預(yù)測，基于能量法，提出了鎂合金剩余壽命的計算方法。
　　 紅外熱圖像分析結(jié)果顯示:在恒定載荷加載過程中，加載應(yīng)力高于疲勞強(qiáng)度時，試樣表面最高點(diǎn)溫度變化經(jīng)歷5個階段:初始溫升階段、溫度下降階段、溫度穩(wěn)定階段、快速升溫階段和

3、斷后自然冷卻階段，宏觀裂紋在溫度穩(wěn)定階段的后期生成;加載應(yīng)力低于疲勞強(qiáng)度時，試樣表面溫度不會經(jīng)歷明顯變化。
　　 熱彈性效應(yīng)、非彈性效應(yīng)，熱傳導(dǎo)效應(yīng)是影響溫度變化的主要因素，共同作用于整個疲勞過程中:當(dāng)R=0.1時，熱彈性效應(yīng)會造成溫度下降，下降幅度較小;非彈性效應(yīng)造成溫度升高，是試樣溫度升高的主要因素，熱傳導(dǎo)效應(yīng)使得溫度場溫度分布趨于均勻。
　　 通過對不同循環(huán)次數(shù)的試樣進(jìn)行拉伸測試，得到不同諧振次數(shù)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

4、，結(jié)果顯示:在疲勞初始過程中，試樣經(jīng)歷加工硬化，隨著進(jìn)一步加載，會發(fā)生加工軟化，加工硬化與加工軟化與溫度變化趨勢相同。用理論方法和直線擬合法分別計算了在靜載過程中鎂合金熱彈性效應(yīng)的定量表達(dá)式為△T=-4.1×10-3σ和△T=-4.3×10-3σ。
　　 應(yīng)用能量法得到?jīng)Q定該種鎂合金試樣疲勞壽命的特征參量Φ為1.48×106（℃.m-3），根據(jù)疲勞過程中試樣表面溫度變化的規(guī)律，提出了鎂合金剩余壽命的計算公式，并利用溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行壽