不同应力比下铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能

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1、不同应力比下铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能Very-high-cyclefatiguepropertiesoffrictionstirweldedaluminumalloyundervariousstressratios学科专业：材料工程作者姓名：高仁指导教师：邓彩艳副教授企业导师：丁文斌高工天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书

2、而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

3、学位论文作者签名签字日期:z9`7年/冫月日响仁`严学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:i甸亻二签字日期:⒎口年/笋日`Ⅰ`)月摘要搅拌摩擦焊作为一种固相连接工艺，可焊接焊

4、接性较差的7系高强铝合金，7050铝合金在实际服役过程中往往承受着交变非对称载荷等复杂工况，并且要7承受10次以上的循环载荷，因而研究不同应力比下铝合金的超高周疲劳性能显得尤为重要。首先开展了铝合金搅拌摩擦焊接头试件在三种不同应力比以及母材试件应力比为-1的超高周疲劳试验。结果表明：应力比对接头试件的疲劳强度影响明显，8但不改变S-N曲线的形状，其不同应力比下S-N曲线均为阶梯型，在转折点10之后，焊接接头的疲劳强度下降更剧烈；表面加工状态对试件的疲劳寿命影响明显，当接头试件的表面状态较好时，其疲劳强度达到了与母材同等的级别。随后对接头试件的断口

5、和表面进行了观察和分析，明确了应力比对该材料裂纹萌生机制的影响。试件的断裂失效模式可分为两种：表面诱发和亚表面诱发的疲劳断裂。高周范围内，不同应力比下的焊接接头试件疲劳断裂均源于试件表面，没有出现内部起裂现象；在超高周范围内，三种应力比条件下均出现了表面起裂和亚表面起裂两种裂纹源萌生方式，实际上的疲劳断裂是裂纹表面萌生和内部萌生的竞争过程。当应力水平较高时，其疲劳裂纹与表面损伤有关，是滑移机制主导的疲劳断裂；随着应力水平降低，表面疲劳裂纹的形成受到抑制，低应力比加载条件下，疲劳裂纹往往在内部结构不均匀处萌生。而在高应力比的条件下，最大应力促使材料

6、内部部分晶粒发生滑移，从而在试件的断口形貌中可以观察到小平面的特征形貌。其次对接头试件的断裂位置分布规律进行了分析，接头试件大部分都断裂在热机影响区的前进侧，同时随着应力比的升高，断裂在前进侧的数量和比例会提高。用于描述应力比影响的Goodman模型能很好的描述超声频率加载下一定寿命的应力幅值和平均应力的配合，在一定范围内可以采用Goodman曲线去预测不同应力比下的疲劳强度。采用Murakami模型公式评估试件在不同应力比下的疲劳强度，计算结果与实际应力水平相差在10%以内，评估方法具有一定的参考意义。关键词：超高周疲劳，铝合金，搅拌摩擦焊，应

7、力比，S-N曲线，疲劳强度IIIABSTRACTFrictionstirwelding(FSW),asolidstateweldingtechnique,canbeusedtoweld7Serieshigh-strengthaluminumalloyswithpoorweldability.7050aluminumalloyisoftensubjectedtoalternatingandcomplexloadingintheactualcondition,andthe7cyclesaremorethan10times.Therefore,itis

8、veryimportanttostudythefatiguebehaviorofaluminumalloyintheveryhighcyclefatigue(VHCF)regimeunderdifferentstressratios.Theveryhighcyclefatiguetestsof7050aluminumalloyfrictionstirweldedjointspecimensunderthreedifferentstressratiosandthebasemetalspecimensunderstressratioof-1werec

9、arriedout.Theresultsshowthatthestressratiohasobviousinfluenceonthefa