腐蚀条件下LD2航空铝合金裂纹扩展规律研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar．252013V01．34No3574—579ISSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．edu．crlhkxb@buaa．educn腐蚀条件下LD2航空铝合金裂纹扩展规律研究穆志韬1’*，陈定海1’2，朱做涛2，丁文勇1，田述栋21．海军航空工程学院青岛校区，山东青岛2660412．中国人民解放军91049部队，山东青岛266102摘要：腐蚀损伤会加速飞机结构的疲劳裂纹扩展，缩短飞机疲劳寿命。以LD2航空铝合金材料为研究对象，通过在实验室内模拟飞机服役环境进行加速腐

2、蚀试验，得到不同腐蚀时间下的试验件，并在MTS一810疲劳机上对不同腐蚀时间下的试验件进行疲劳试验，得到不同腐蚀年限下的疲劳断口形貌。通过断口判读分析，得到不同腐蚀年限下的裂纹扩展数据(a，N)。从不同腐蚀时间下的裂纹扩展数据研究分析，得到裂纹长度与循环次数符合指数函数的形式，即裂纹扩展速率与裂纹长度成正比，其斜率依赖于腐蚀损伤与疲劳载荷两个因素，而且在同一应力水平下，其斜率与腐蚀时间呈线性关系，并且其截距与应力水平也呈线性关系。关键词：铝合金；腐蚀损伤；疲劳断口；裂纹长度；疲劳裂纹中图分类号：V216．3；V216．5+7文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)03—0

3、574—06飞机结构上大量使用的铝合金材料对腐蚀介质是十分敏感的，腐蚀与疲劳载荷的协同作用导致的腐蚀疲劳问题直接影响着飞机结构的完整性和使用安全性[1j。飞机结构分解检查和预腐蚀疲劳试验结果表明：疲劳裂纹萌生于腐蚀坑，结构表面出现的腐蚀坑缺口与结构疲劳寿命下降有密切的关系心]。中国海军飞机大都服役在沿海机场，尤其近年来，随着中国海军飞机遂行训练任务的加剧和多样化，海军飞机腐蚀呈现加剧的趋势，因此有必要对腐蚀条件下飞机寿命评定进行分析研究。近几十年来，国内外对老龄飞机问题引起广泛关注，并对腐蚀损伤以及腐蚀后疲劳等问题进行了广泛而深入的研究。文献[3]和文献[4]表明，预腐蚀下铝合金的裂纹

4、萌生寿命大大缩短，而裂纹的扩展寿命是材料疲劳寿命的主要部分。文献Es3和文献E6]将预腐蚀损伤的腐蚀坑等效成初始疲劳裂纹，再利用裂纹扩展分析软件AF—GROW和FASTRAN等进行了含腐蚀损伤的疲劳寿命预测。本文对航空铝合金材料LD2试验件在结合机场环境谱编制的实验室加速腐蚀试验谱下进行日历预腐蚀试验，再对预腐蚀试验件进行疲劳试验，对从疲劳断口分析得到的裂纹扩展数据进行研究分析，得到裂纹扩展速率与裂纹长度、预腐蚀损伤等因素之间的关系。1加速腐蚀试验1．1试验件的制备以航空铝合金材料LD2为研究对象，该铝合金属于A1一Mg—Si—Cu系，具有中等强度以及良好的塑性。试验件加工成如图1所示

5、的形状，尺寸如图2所示，并对其表面进行阳极化处理。收稿日期：2012—03—30；退修日期：2012—05—28；录用日期：2012—10一18；网络at版时间：2012—12一0609：39网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929V201212060939004htmf基金项目：部级项目*通讯作者Tel：0532—51833626E-mail：mzt63@163COrn确角榕武：MuZT．ChenDH，ZhuZT，etal．FatiguecrackgrowthbehaviorofaerospacealuminumalloyLD2undercorros

6、ion．ActaAero．nauticaetAstronauticaSinica，2013，34(3)：574-579穆志韬．睬定海。朱傲涛．等．璃蚀条件下LD2航空铝合金裂纹扩展规律研究．航空学报。2013．34(3)：574—579图1试验件形状Fig．1ShapeoftestsampleR4{歹厂一100．。1200：Unit：mm图2试件外形尺寸(厚度f一4mm)Fig．2Testsampledimensions(thickness￡一4ram)1．2加速腐蚀试验加速腐蚀试验在zJF一45G周期浸润试验箱(见图3)中进行。按照海南某机场十年环境数据为基础，通过统计和折算来编制地

7、面停放环境谱，并按照地面停放环境谱编制的加速腐蚀试验谱进行"蜘，其当量加速试验环境谱如图4所示，其中浸泡时间为4．8min，烘烤时间为12min，加速腐蚀348个循环相当于外场腐蚀一年。兽皇黾旨。莒=器暑量+；击≥一一一lh—iI幽(a)Testequipment(b)Testsamples图3试验设备及试验件照片Fig．3PhotosoftestequipmentandtestsamplesAcceleratedcorrosion曲Ⅲe／ar