航空铝合金材料腐蚀裂纹扩展性能试验

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1、2017年5月北京航空航天大学学报May2017第43卷第5期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．5http：∥bhxb．buaa．edu．CBjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0360航空铝合金材料腐蚀裂纹扩展性能试验王池权1，熊峻江1’+，马少俊2，陈勃2(1．北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京100083；2．北京航空材料研究院，北京100095)摘要：腐蚀环境下的裂纹扩展性能是航空金属结构损伤容限设

2、计的重要前提，为此，试验测定了3种航空铝合金材料(即2E12．T3、2E12一T42和7050一T7451)在2种腐蚀环境(3．5wt％NaCl溶液和油箱积水)下的裂纹扩展性能，在试验数据的基础上进行性能对比，并对试样断口进行SEM分析，研究了腐蚀和载荷联合作用对裂纹扩展的影响机理，研究结果表明：油箱积水环境对航空铝合金材料裂纹扩展的影响比3．5wt％NaCl溶液严重，铝合金2E12一T3和2E12一T42的腐蚀裂纹扩展性能优于铝合金7050．T7451，腐蚀环境下的氢脆效应和阳极溶解机制是造成腐蚀裂纹扩展加速的主要原因。关键词：铝合金；裂纹扩展；疲劳；腐蚀；SEM

3、中图分类号：V252．2；TGll3．1；TGll5．5文献标识码：A文章编号：1001—5965(2017)05—0935—07腐蚀是飞机金属结构不可避免的影响因素，例如，在潮湿、盐雾、海水等腐蚀性强烈的自然环境中服役的飞机，其金属结构常常受到腐蚀环境与疲劳载荷的共同作用导致疲劳裂纹提前萌生并加速扩展，从而削弱飞机结构的承载能力，对飞机飞行安全构成严重威胁¨。1。为此，针对腐蚀对航空金属材料裂纹扩展性能的影响开展了大量研究，Lin和Yang”1及Jones和Hoeppner¨1对铝合金进行了疲劳试验测试和断口SEM分析，研究了腐蚀环境对裂纹萌生和微裂纹扩展过程的影

4、响机理，结果表明，铝合金在腐蚀环境下萌生的腐蚀坑在载荷作用下容易引起应力集中，导致疲劳裂纹在腐蚀坑处提前萌生，不同腐蚀坑处萌生的微裂纹逐渐交互形成宏观裂纹最终导致疲劳断裂。Makhlouf∞。和Zhao。71等对铝合金和钢材进行了裂纹扩展试验测试和断口SEM分析，研究了腐蚀环境对裂纹稳定扩展阶段内裂纹扩展过程的影响及其微观机制，结果表明，腐蚀作用会导致裂纹扩展门槛值降低并加速裂纹扩展，从而降低材料的裂纹扩展性能，使裂纹扩展寿命减少。Wang和Zheng旧1对LYl2CZ铝合金材料进行裂纹扩展试验测试，研究了腐蚀对周期加载下裂纹扩展特性的影响，结果发现，腐蚀与载荷的交

5、互作用会减弱裂纹扩展中的高载迟滞效应。此外，应力比、加载频率、腐蚀溶液pH值和溶液浓度等对金属材料腐蚀裂纹扩展性能也会产生影响。Menan∽o和黄小光¨0’等对铝合金进行裂纹扩展试验测试，研究了加载频率、应力比以及腐蚀溶液pH值对腐蚀疲劳裂纹的扩展速率的影响，结果表明，随着加载频率和pH值的降低，腐蚀疲劳裂纹扩展速率会显著加快，应力比则主要影响近门槛值区的裂纹扩展。Meng等¨1”对7075铝合金进行裂纹扩展试验测试，研究了不同浓度NaCl溶液对裂纹扩展性能的影响，结果发现，提高腐蚀液浓度会加速金属表面的化学反应，使腐蚀作用增强，裂纹扩展寿命减少。收稿日期：2016

6、-05-03；录用151期：2016-07-22；网络出版时间：2016-09-0211：52网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160902．1152．002．html基金项目：国家自然科学基金(51375033)％通讯作者：E-mail：jjxiong@buaa．edu．en；f用格式：王池权，熊峻江，马少俊，等．航空铝合金材料腐蚀裂纹扩展性能试验UJ．北京航空航天大学学报，2017，43f5)：935．941．WANGCQ．XIONGJJ．MASJ．cta1．Testsforcorrosioncrackpro

7、pagationbehaviorofaeronauticalaluminumalloysl】]．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(5)：935—941(inChinese)．936北京航空航天大学学报2017年高强铝合金具有密度小、比强度高、加工性能优良等优点，其中高强铝合金2E12一T3、2E12-T42和7050-T7451被广泛应用于飞机的机翼、蒙皮、桁架和座椅滑轨等结构处，其腐蚀裂纹扩展性能日益受到人们的重视。12’”o。目前，国内外针对航空铝合金材料在腐蚀下的裂