復雜應力條件下2A12鋁合金疲勞裂紋生長行為研究及其三維重建.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展以及對各類材料的需求日益增加，對于材料疲勞的研究也變得越來越迫切。而自疲勞問題開始被研究的100多年以來，研究者以及工程師們也付出了大量的努力并取得了很多卓越的成果，而且對于疲勞裂紋的研究也不再局限于表面以及二維層次，此外近年來飛速發(fā)展的CT掃描更是為疲勞裂紋的研究提供了一個全新的視角。本文結合了2A12鋁合金疲勞試驗及表面裂紋生長行為跟蹤觀測、工業(yè)CT(ComputedTomography)斷層掃描、圖像濾噪處理技術以及

2、三維重建技術，綜合研究了2A12鋁合金疲勞裂紋在三維空間內的生長特性。
　　首先對中心處含有環(huán)形缺口的2A12鋁合金圓柱型試樣進行了復雜應力狀態(tài)下的疲勞試驗，試驗包括同樣尺寸的試件(R4)在不同應變幅值條件(0.30％、0.40％、0.50、0.60％)下的壽命研究，以及載荷條件一致(0.56％)而缺口尺寸分別為R3、R4、R5的試件壽命差異以及裂紋萌生機理與擴展特性對比研究。試驗結果表明，當應變幅值為0.50％～0.60％時，裂

3、紋萌生壽命及材料總體壽命均約為數萬次循環(huán)，便于觀察裂紋的生長行為變化。而2A12鋁合金在復雜應力條件下的裂紋萌生大多由與基體不相溶的黑色雜質相(FeMn)Al6與其周圍晶體組織脫粘或斷裂后形成沿晶短裂紋。且在某一個或幾個微裂紋萌生并開始擴展后，同時還會伴有其他短裂紋的萌生，且這些短裂紋之間在位置較遠時，基本保持獨立生長，只有當其中兩條或兩條以上的裂紋在接近時會出現相互干涉并逐漸合并。還有某些短裂紋在擴展時，受當地滑移帶等晶體組織結構的影

4、響，擴展形狀呈現出較為明顯的鋸齒形態(tài)，即晶體學裂紋形貌，且隨著裂紋的擴展，在顯微鏡下觀察時，裂紋表面附近呈輕微翻出狀，沿裂紋走向分布有樹權狀的損傷形態(tài)。
　　為了獲得準確的裂紋三維形態(tài)及尺寸信息，采用計算機斷層掃描技術對試驗件進行了掃描，并對其斷層圖像進行了對比度增強、二值化以及離群濾噪等圖像處理。從圖像處理效果來看，二值化對于裂紋信息與材料的分離具有很好的效果且便于后續(xù)的觀察和處理，離群濾噪方法對于試件結構較為簡單，而內部裂紋信