AZ31B鎂合金焊接接頭疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理研.pdf

1、基于輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，鎂合金材料將成為“陸?？仗臁苯煌ㄟ\(yùn)載工具的優(yōu)選材料，但其疲勞性能尤其是焊接接頭的疲勞性能成為制約鎂合金材料廣泛應(yīng)用的瓶頸。本文采用緊湊拉伸試件(CT)方法對(duì)鎂合金材料及其焊接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　 論文著重測(cè)試了AZ31B鎂合金材料、AZ31B鎂合金TIG焊焊接接頭、焊縫金屬、焊接熱影響區(qū)的疲勞裂紋擴(kuò)展速率，在此基礎(chǔ)上研究了能直觀反映疲勞裂紋擴(kuò)展性能的da/dN-ΔK曲線，研究了它們的疲勞裂

2、紋擴(kuò)展機(jī)制，并進(jìn)行了對(duì)比分析，特別考慮了擠壓方向因素對(duì)疲勞斷裂速率和路徑的影響。
　　 對(duì)切口與擠壓方向平行、垂直和傾斜45o的AZ31B鎂合金材料CT試件進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)定。其da/dN-ΔK曲線的Parise公式常量C和n如下：平行試件在3.7＜ΔK≤5.5MPa·m1/2的范圍內(nèi)為3.66×10-8和3.67，在5.5＜ΔK≤6.1MPa·m1/2范圍內(nèi)為1.00×10-21和22.1，在6.1＜ΔK≤12.0MPa

3、·m1/2范圍內(nèi)為1.57×10-5和1.60；垂直試件在5.7＜ΔK≤7.5MPa·m1/2范圍內(nèi)為9.71×10-13和5.17，在7.5＜ΔK≤12.6MPa·m1/2范圍內(nèi)為2.37×10-7和3.35；傾斜45o試件在4.1＜ΔK≤6.0MPa·m1/2范圍內(nèi)為1.88×10-13和11.8，在6.0＜ΔK≤13.2MPa·m1/2范圍內(nèi)為2.27×10-6和2.63。
　　 對(duì)AZ31B鎂合金焊縫金屬CT試件進(jìn)行疲勞

4、裂紋擴(kuò)展速率測(cè)定，其da/dN-ΔK曲線的Parise公式的常量C和n分別為：在5.52＜ΔK≤6.12MPa·m1/2范圍內(nèi)為2.67×10-17和15.9，在6.12＜ΔK≤12.0MPa·m1/2范圍內(nèi)為9.33×10-7和2.53。
　　 對(duì)切口與擠壓方向平行和垂直的AZ31B鎂合金熱影響區(qū)CT試件進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)定，其da/dN-ΔK曲線的Parise公式的常量C和n分別是：平行試件在5.29＜ΔK≤11.6MP

5、a·m1/2范圍內(nèi)為1.50×10-5和1.65，垂直試件在5.7＜ΔK≤8.2MPa·m1/2范圍內(nèi)為1.12×10-13和9.91，在8.2＜ΔK≤12.6MPa·m1/2范圍內(nèi)為1.32×10-7和3.49。
　　 對(duì)AZ31B鎂合金焊接接頭CT試件進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)定，其da/dN-ΔK曲線的Parise公式常量C和n分別是：在5.3＜ΔK≤6.4MPa·m1/2范圍內(nèi)為2.54×10-18和17.3，在6.4＜ΔK

6、≤9.0MPa·m1/2范圍內(nèi)為3.02×10-4和-0.107，在9.0＜ΔK≤11.9MPa·m1/2范圍內(nèi)為1.25×10-9和5.57。
　　 通過(guò)對(duì)比所擬合得到的各試驗(yàn)項(xiàng)Parise公式可以發(fā)現(xiàn)，AZ31B鎂合金、AZ31B鎂合金TIG焊焊縫和熱影響區(qū)疲勞裂紋在中速穩(wěn)定擴(kuò)展階段，其da/dN-ΔK曲線Parise公式常數(shù)n在1.60～3.35之間。
　　 各試驗(yàn)項(xiàng)在試驗(yàn)ΔK范圍內(nèi)大體所表現(xiàn)的疲勞裂紋止裂性能優(yōu)劣

7、順序如下：切口垂直擠壓方向熱影響區(qū)，切口垂直擠壓方向母材，TIG焊焊縫，切口傾斜45o擠壓方向母材，切口平行擠壓方向母材，切口平行擠壓方向熱影響區(qū)。切口平行擠壓方向焊接接頭疲勞裂紋止裂性能優(yōu)于切口平行擠壓方向母材。
　　 利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)各試驗(yàn)項(xiàng)試件斷口自疲勞裂紋起始至結(jié)束進(jìn)行觀察，可發(fā)現(xiàn)大部分?jǐn)嗫谡w表現(xiàn)出逐漸增強(qiáng)的解理斷裂形貌。個(gè)別斷口出現(xiàn)極少量疲勞條紋。
　　 還可以觀察到切口平行和垂直擠壓方向CT試