LY12CZ铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展探究.pdfVIP

LYl 2CZ铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展研究1) 鲁自界 关辉 张波 韩恩厚 柯伟 (中目科学院盒■研究所．沈阳110016) ■耍t加电撮电位对铝合金庸蚀疲劳裂纹扩展具有重要影响．测量了LYl2CZ铝合金 在3．5％NaCl水溶液(pHffi6)中施加电极电位时的裂纹扩展速度．结果表明．与自腐蚀 条件相比．用援姆化和小的阴极极化均使裂纹扩展加速，而大的阴极极化则产生阴极保护， 其裂纹扩展速度低于自腐蚀条件下的裂纹扩展速度。试验表明，阳极溶解和氢脆同时在 LYl2CZ铝台金腐蚀疲劳裂纹扩展中起作用。断口形貌分析提供了可靠的证据。 关t词 腐蚀疲劳，阳极溶解．氢脆 前言 电化学电位对时效强化铝合金的腐蚀疲劳(cF)裂纹扩展有很大影响。由于缺乏对 铝合金裂尖化学和电化学状态的定量分析．且溶解和析氢过程在很宽的电位范围内同时 发生，电掇电位对裂纹扩展的影响机制并不清楚，可能涉及氢脆或(和)基于溶解的裂 列合金研究得较少。 高强铝合金在氯离子水溶液中的cF具有特殊的断口特征，疲劳条纹规则分布，且其 形貌与裂尖环境密切相关【4】。Stubbington{’l描述了铝合金的腐蚀疲劳条纹并将它们分为两 类：一类是干燥环境中裂纹扩展的延性辉纹．条纹形状规则而光滑：另一类是在腐蚀环 境，如氯离子水溶液中的脆性辉纹，比延性辉纹更宽、更平整，并且伴随有解理断裂的 特征。 LYl2CZ铝合金是航空结构中的主要结构材料之一。本文研究电极电位对LYl2CZ铝 合金cF裂纹扩展的影响，并仔细分析了断口形貌．毗说明脆性条纹的形成机制，阐明环 境对疲劳裂纹扩展的影响。 l 实验方法 1．1材料和试样 厚度为2mm的LYl2CZ铝合金板材由西安飞机制造公司提供．其化学组成为4．36Cu- 割而成，试样长250ram．宽36ram，在试样一侧中问位置沿长横向用线切割方法制出5mm 长的缺口。 t．2极化曲线渊量 极化曲线采用美国Princeton公司的M273腐蚀测试系统，用动电位扫描法测定。研 )中科院百人计■矗助疆目．国际t点基础研究专项经费直助项目(G199906$0) —————■嚣F玎r——一——一 究电极为用环氧聚氨酯封样的LYl2CZ铝合金．工作面积为lena2，辅助电极为铂电极， 1 3腐蚀疲劳裂纹扩展 实验在SHF—EA5型5吨液压伺服疲劳试验机上进行。负锯齿波恒幅加载，频率为IHz。 应力比为0．1。试验时，试样的中间部分浸泡在有机玻璃槽中，腐蚀介质为3．5％NaCl水 溶液(pH=6)。为避免外加电流过大，试样表面用环氧树脂涂敷，只留下裂纹可能扩展的 小区域。裂纹长度用直流电位降法测量。 疲劳试验在自腐蚀状态或在恒定电极电位下进行。用HA．301型恒电位仪给试样提供 恒定电位。铂片作辅助电极，饱和甘汞电极作参比电极。本试验中，试样的电极电位分别 恒定为一680，一1000，一1400mV。所有试样的开路电位均为一720mV。 1 4断口观察 试验停止后，继续在空气中拉断试样，用蒸馏水清洗断口，吹干后放入干燥器中保存。 观察前切下断口部分，用超声波清洗．然后在扫描电镜下观察断口形貌。 2结果与讨论 腐蚀电位为一720mV，从该电位开始阳极极化时，尽管铝合金表面存在一层致密的保护膜， 但台金仍立即进入活化溶解状态，说明该合金的耐蚀性能较差。 图2是3．5％NaCI溶液和实验室空气中LYl2CZ铝合金裂纹扩展速度比较，试验频率 范围内的加速作用更加明显，随AK升高，力学作用增强，腐蚀的作用被掩盖，二者的差 别逐渐减小。 AK．MPa·m1。 圈i LYl2CZ铝台金援化曲线 圈2 LYl2CZ帽音盒在实验室空气和3．5％ Nla涪瞌中的daldN-』lK关系曲墁 在不同的电极电位下，LYl2CZ铝台金裂纹扩展速度与应力强度因子范围AK的关系 10MPa-m”的结果(图中虚线)引自文献161。从咀上两圈可以看出，在实验所用的阴极(-1000， 一1400my)和阳极(一680mv)极化条件下．裂纹扩展速度均比在自腐蚀电位下高。阴极极化 时，随电极电位向负方向变化，裂纹扩展