7075鋁合金扭轉(zhuǎn)微動疲勞行為研究.pdf

1、微動疲勞現(xiàn)象在航空航天、汽車、機械、鐵路、電力等領(lǐng)域廣泛存在，促使微動損傷區(qū)域裂紋提前萌生并擴展，大幅縮短構(gòu)件服役壽命。扭轉(zhuǎn)微動疲勞是典型微動疲勞形式之一，目前國內(nèi)外對扭轉(zhuǎn)微動疲勞相對較少，而扭轉(zhuǎn)微動疲勞現(xiàn)象存在于軌道交通中的車軸和電機轉(zhuǎn)軸等重要部件中，7075鋁合金具有良好的損傷敏感性，能較好的顯示損傷機理。本論文以7075鋁合金材料作為研究對象，在基于多軸疲勞試驗機上自主設(shè)計的扭轉(zhuǎn)微動裝置上，進(jìn)行了常規(guī)扭轉(zhuǎn)疲勞試驗和扭轉(zhuǎn)微動疲勞試驗

2、，采用三維光學(xué)顯微鏡、體式顯微鏡、掃描電鏡、能譜分析儀和電子探針等分析儀器，分析了常規(guī)扭轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)微動疲勞試樣失效的損傷機理，深入探討了7075鋁合金材料扭轉(zhuǎn)微動疲勞損傷特性，獲得以下結(jié)論:
　　(1)隨著扭轉(zhuǎn)疲勞應(yīng)力的增大，7075鋁合金材料的常規(guī)扭轉(zhuǎn)疲勞壽命呈下降趨勢，而其扭轉(zhuǎn)微動疲勞壽命呈現(xiàn)先降低后增加最后再降低的變化趨勢，即S-曲線呈“ε”型曲線特征。
　　(2)7075鋁合金常規(guī)扭轉(zhuǎn)疲勞試樣失效斷口為橫向切斷型，扭轉(zhuǎn)

3、微動疲勞試樣失效斷口為正斷型。斷口類型的差異并不是微動引起的，而是兩種試驗的扭轉(zhuǎn)疲勞應(yīng)力范圍的不同造成的。常規(guī)扭轉(zhuǎn)裂紋萌生于表面，扭轉(zhuǎn)微動疲勞裂紋萌生在靠加載端和中間位置之間的磨痕邊緣處的次表面區(qū)域。
　　(3)在相同法向載荷下，隨著扭矩的增加，摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值也隨著增加。當(dāng)微動運行區(qū)域在混合區(qū)，靠加載端的位移幅值較大，磨損深度和氧化程度高于比中間位置和靠固定端，局部接觸疲勞強烈，裂紋易萌生，疲勞壽命較短;在部分滑移區(qū)時，磨損和氧

4、化相對均勻，部分滑移區(qū)主要以微動磨損為主，疲勞壽命較長;在滑移區(qū)時，損傷與混合區(qū)類似，但表面磨損相對嚴(yán)重，表面剝落和磨損消除了表面形成的微裂紋，疲勞壽命高于混合區(qū)。
　　(4)扭轉(zhuǎn)微動損傷機制為疲勞磨損、氧化磨損和磨粒磨損。微動疲勞裂紋在磨痕兩側(cè)均會萌生，在萌生階段主要受法向接觸應(yīng)力的控制，裂紋向基體擴展方向與接觸面呈30°;在裂紋擴展過渡階段，在法向接觸應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)疲勞應(yīng)力共同控制下，裂紋向基體擴展方向與接觸面呈60°;在裂紋擴展