电解加钛ZL101A合金的疲劳可靠性的研究.pdfVIP

郑州大学硕七论文 摘 要 电解加钛ZLIOIA合金的疲劳可靠性研究 摘 要 在交变载荷作用下，金属零部件的疲劳断裂是广泛存在的一种失效形式，其突 发性可能造成灾难性后果。但由于影响材料疲劳强度的随机因素很多，分析交变载 荷作用下金属零部件的疲劳可靠性就成为工程设计中的一个关键课题，受到越来越 多的重视，需要依据可靠性理论，运用概率统计的方法进行分析和计算。 铸造铝合金ZLl01A中的合金元素钛一般是采用熔配高钛铝合金添加的，而电解 加钛ZLIOIA合金则是用电解低钛铝基合金替代工业纯铝和高钛铝合金为原料制备 的。电解低钛铝基合金是郑州大学材料物理实验室与电解铝厂合作研制的一种新型 材料，即不改变传统电解生产工艺条件，仍采用氧化铝为原料，直接向电解槽中添 加少量的二氧化钛，经电解得到的含钛量低于0．3％的铝钛合金。 ZLl01A合金具有良好的铸造性能、力学性能和加工性能，广泛应用于制造汽车 和摩托车轮毂等领域。行驶中的车辆受到交变载荷的作用，要保证应用电解加钛 ZLIOIA合金制造的零件安全可靠地正常工作，有必要系统全面地研究其疲劳可靠性。 为研究加钛和不同加钛方式对ZLIOIA合金疲劳可靠性的影响，采用相同的熔 炼、浇铸、热处理和机加工工艺，制备了不加钛的ZLl01合金、电解加钛ZLl01A合 其疲劳裂纹扩展速率和门槛值等各项性能指标。 基于同组试样对该组合金力学性能的贡献权重应相等的观点，提出一种新的成 组试样试验数据处理方法。采用MonteCarlo方法模拟试验数据点，用模拟点代替 试验点进行最后的曲线拟合，得到该组合金在Paris区疲劳裂纹扩展速率曲线 da／dN—AK的拟合参数和门槛值△K。h等材料性能指标。 疲劳断裂过程一般可分为裂纹萌生，稳定扩展和快速扩展失稳断裂三个阶段。 门槛值△K“反映了第一阶段材料抵抗裂纹萌生的能力，研究结果显示：三组合金的 门槛值没有太大差别，即对加钛和加钛方式不敏感。 ZLIOIA合金的主要疲劳寿命在第二阶段，即亚临界裂纹扩展阶段，Paris区的 拟合参数反映了合金阻止裂纹扩展的能力，由此可间接计算其疲劳寿命。求出了三 II 郑州大学硕士论文 摘 要 组合金在Paris区不同置信度的出／州一斌曲线，进一步给出不同可靠度的 P一别柳一AK曲线。 而不加钛的ZLl01最高，原因是加钛能细化a(A1)相，使硅颗粒平均直径变小且圆 合金，而电解加钛ZLl01D合金的抗疲劳裂纹扩展能力又稍高于熔配加钛的ZLl01R 合金的主要原因。 建立了以疲劳裂纹扩展速率作为失效指标的可靠度模型，给出了三组合金在一 定失效指标下，对应于一定应力强度因子范围AK，疲劳裂纹稳定扩展的可靠度即 P—AK曲线。随着应力强度因子范围AK的逐渐增大，三组合金的疲劳裂纹稳定扩 展的可靠度都表现为下降，但两种加钛合金下降的比较慢，这是因为加钛细化了 a(A0相并改善了硅颗粒形貌，使合金抵抗疲劳裂纹扩展能力增强。 关键词：ZLl01A合金：疲劳可靠性；疲劳裂纹扩展速率；蒙特卡洛方法 111 Master DissertationofZZU Abstrac吐 Delpee’S of on ZLl01A InvestigationFatigueReliability Alloy Titaniumin ByAdding Electrolysis Abstract abroad is failuremodefo