时效、断续载荷和再溶处理对于铝铜合金的疲劳过程的影响

【摘　要】本文研究了各种处理对于含铜1％、2％和4％的铝合金在疲劳载荷下ΔE和T_m的变化的影响,并进行了相应的金相观测。用Al-1％Cu合金所进行的试验指出,当外加扭应变较大时,ΔE和T_m曲线的形状类似于高纯铝或工业纯铝;当扭应变较小时,或在室温进行预先时效后,曲线的形状类似于Al-4％Cu合金。这些结果都可以根据溶质原子对于位错的交互作用的看法得到解释。对于Al-1％Cu和Al-2％Cu合金进行了断续的疲劳载荷试验,结果证明了ΔE在疲劳后期的上升是由于试样里出现了集中的粗滑移区,而不是由于疲劳载荷引起了过时效从而使试样发生软化的结果。用Al-4％Cu合金进行了疲劳和再溶处理的试验,根据ΔE和T_m曲线的表现情况来看,认为如在ΔE的后期上升后立即对试样进行再溶处理,即可以使试样回复到原来的状态,但当ΔE上升过了一个时期以后,由于试样中已有裂缝出现,对试样进行再溶处理,反足以加速试样的断裂。根据实验结果,可以总结出两个具有实际意义的推论:(1)由于粗滑移带的出现是形成疲劳裂缝的先声,所以有可能通过测量ΔE的方法来查知初发裂缝的形成;(2)通过加入合金元素和进行热处理的方法,可以推迟粗滑移带的出现,从而提高铝合金试样的疲劳寿命。     

在铝镁合金的疲劳载荷过程中溶质原子与位错的交互作用

本文进行了淬火状态的、含0.52,0.91,3.46和5.15％Mg的铝合金的扭转疲劳试验,测定了相应的ΔE-N曲线和T_m-N曲线。实验结果指出,对于含镁量为0.52,0.91％的试样来说,当表面扭应变较小时,ΔE在起始时,随着应力循环数的增加而下降。当表面扭应变增大时,ΔE-N曲线始而变平,继而上升,直至达到一较高值才稳定下来。当试样中的含镁量为3.46％时,在扭应变不太大时,ΔE-N曲线的变化情况与Al-4％Cu合金的相象,不过当扭应变足够大时,ΔE起始时上升,并且经过一个峯值又下降。当含镁量增至5.15％时,ΔE-N曲线的表现已完全与Al-4％Cu合金的相象,在所用的最高表面扭应变下也并不表现出明显的峯值。对于所用的各种成分的试样来说,最大抗扭矩T_m起始总是上升的。上述结果都可以根据溶质镁原子在疲劳过程中渐渐进入位错,形成气团来解释。可以认为,在铝镁合金的情形,产生ΔE的因素以及影响ΔE的大小的因素,对于疲劳载荷的起始阶段来说,可能都主要是由于气团的作用。当含镁量较低时,对于足够高的表面扭应变来说,气团较为松动,位错能够拖着气团运动,从而需要作功,使ΔE和T_m都上升。但当合镁量较高时,或表面扭应变不太大时,在疲劳一起始就形成了能够对于位错起钉扎作用的足够浓的气团。继续进行疲劳时,进入位错的溶质原子将使位错的动性进一步降低,导致ΔE起始下降,T_m起始上升。此外,还对于经过不同时效处理的Al-0.52％Mg和Al-3.46％Mg合金进行了疲劳试验,观测到应变时效现象,这与上述的溶质原子气团模型相合。     

铝-银合金在疲劳过程中所表现的一些特点

本工作进行了淬火Al-7.27％Ag合金的扭转疲劳试验,测定了各种扭应变下的△E-N曲线,并且观察了经过各种循环数以后试样的表面金相变化。实验结果指出,当扭应变较小时,△E随着循环数N的增加而逐渐下降,△E-N曲线的变化类似Al-Cu和Al-Mg合金在较低扭应变下的情况。但当扭应变较大时,△E开始略有下降,随后上升到某一较高值后再下降,直至试样断裂。△E-N曲线的形状与Al-Cu和Al-Mg合金完全不同。试样表面的金相变化分为两个明显不同的阶段。在疲劳的起始阶段,滑移痕迹细而均匀,但经过一定循环数后,少数滑移痕迹变得集中而深化。随着循环数的增加,新的滑移带在原有滑移带之间不断地出现,没有纯Al和Al-Mg合金中滑移带变宽的情况。还看到了裂纹沿晶界的形成和发展。根据溶质银原子与位错的电交互作用和位错切割银原子簇的观点,对所得到的结果进行了讨论。 关键词：     

疲劳载荷作用下铝镁合金中的粗滑移区的形成

过去关于铝和铝铜合金的研究工作指出,在疲劳载荷过程中的能量消耗(△E)所发生的变化可以分成两个不同的阶段。第一阶段相当于位错的被钉札,在第二阶段里△E的再上升则表示已有粗滑移区出现。为了进一步验证这种看法,在本文中用含镁量为0.52,0.91,3.46和5.15％的铝合金进行了扭转疲劳试验,测定了经过各种应力循环数N以后的滞后迴线的面积,从而算出在每次循环中的能量消耗△E。在疲劳载荷经过不同循环数后,试样表面进行金相观测的结果指出,对于所用的合金而言,滑移痕迹的变化都表现出两个明显不同的阶段。在第一阶段里,常常观察到几组细而直的滑移线均匀分布在一个晶粒内。在第二阶段里,某一组滑移线变得集中而粗化成簇。一般而言,在镁含量较低(0.52,0.91％)的合金里,以及当扭应变较大时,粗滑移区出现得较早。将所观察到的△E-N曲线的变化与粗滑移区的出现做了比较,并且考虑到在疲劳载荷过程中第一阶段和第二阶段的△E可能发生重迭的情况,指出了试样里出现粗滑移区可以引起△E在疲劳后期的再上升。这与过去关于铝和铝铜合金所得结果相合。本文还讨论了位错在疲劳载荷第一阶段里被溶质原子气团所钉札的状态与粗滑移区的随后形成的联系。     

不同时效状态的含铜4%的铝合金在疲劳载荷下溶质原子与位错的交互作用

为了进一步研究在疲劳载荷下含铜4％的铝合金中的位错钉扎过程,进行了经过不同时效的试样的扭转疲劳试验,测定了经过各种应力循环数N以后的滞后迴线的形状和面积,从而算出了在每次循环中的能量消耗ΔE和最大抗扭矩T_m。所选择的时效温度和时效时间是使试样中分别有G.P.[1]区,G.P.[2]区,θ′相和稳定的θ相出现。把所得的ΔE-N曲线和T_m-N曲线的变化情况作比较时可以看出,在疲劳载荷的起始阶段引起位错钉扎的并不是由于相变产物如G.P.[1]或[2]区的作用。比较并分析了在各种时效状态下的第一周能量消耗值(ΔE)₁的变化,结果指出,在所研究的铝铜合金的情形,产生ΔE的原因是由于在位错附近的点阵中有起伏的内应力场出现,因为位错在这种内应力场中往复运动需要作功。产生这种起伏的应力场的因素有点缺陷(空位和溶质原子)、原子簇、G.P.[1]区和G.P.[2]区,或者其他种不在位错线上聚集或成核的缺陷。根据上述分析,可以认为,在疲劳载荷中,使位错钉扎的是由于溶质原子气团的形成。溶质原子在疲劳过程中通过空位的帮助进入位错,形成气团,使位错被钉扎。被钉扎的位错的动性减低,因而ΔE下降。在时效过程中,在位错线上成核的θ′和θ相,对于位错线也起着一定的钉扎作用。由上述的图象还可以推知,G.P.[1]区和G.P.[2]区不是在位错线上成核的,而θ′相和θ相则是在位错线上成核的。