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盐水环境对预腐蚀铝合金腐蚀疲劳性能的影响

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第32卷 第3期 2012年6月 航空材料学报 VoL 32.No.3 JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS June 2012 盐水环境对预腐蚀铝合金腐蚀疲劳性能的影响 回 丽, 周 松, 许 良, 马少华, 王 岩, 张莹莹 (沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室,沈阳1 10136) 摘要:采用预腐蚀7XXX铝合金Kt=1和Kt=3试件进行了实验室空气环境和盐水环境下的疲劳寿命实验,研究 了盐水环境对预腐蚀7XXX铝合金疲劳性能的影响.结果表明,盐水环境显著降低了预腐蚀7XXX铝合金的疲劳性 能,在实验室空气环境中疲劳寿命的分散性变大,应力水平越低越分散。Kt=1时在高应力水平上,盐水环境下疲 劳寿命降低不多,是空气环境疲劳寿命的22.71%,而在低应力水平上盐水环境的疲劳寿命降低显著,是其空气环 境疲劳寿命的2.22%。Kt=3时的盐水疲劳寿命在不同应力水平上的降低几乎相当。 关键词:预腐蚀;盐水环境;疲劳;腐蚀疲劳;铝合金 DOI:10.3969/j.issn.1005—5053.2012.3.013 中图分类号:TG146.2 1 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2012)03-0073-06 飞机在实际使用中会遇到各种各样的有害环 境,如潮湿空气、海水、盐雾、大气中的工业污染以及 来自机舱内的污染等 ’ 。大量飞机失效、破坏、灾 难实例分析的结果表明,腐蚀损伤和疲劳损伤是两 类最主要的飞机损伤形式,而疲劳损伤又多半在腐 蚀环境中产生 ’ 。 性的影响。 1 试验过程 1.1试样 轴向疲劳试件,L方向取样,光滑试样(Kt=1) 和缺口试样(Kt=3)。试样由 <22mm棒材加工 近年来,国外对以飞机结构损伤为背景的疲劳 及腐蚀疲劳做了大量的研究 -9],如北大西洋公约 组织在70年代后期就对典型飞机结构连接件展开 了温度、湿度、盐雾、盐雾+so,等典型环境对疲劳 寿命影响的系统研究,包括单一环境或其组合的预 腐蚀后的疲劳试验、单一或组合环境与载荷谱共同 而成,为了便于在腐蚀环境下进行试验,选用漏斗形 试样(见GJB1997--94),其形状如图1所示。化 学成分见表1,部分力学性能见表2。 作用的腐蚀疲劳试验,以及预腐蚀后的腐蚀疲劳试 验等。国内关于腐蚀对铝合金材料疲劳寿命的影响 做了大量的研究 I3 J,但是在预腐蚀损伤对材料 疲劳寿命影响的研究方面很少,只有对几种典型材 料经过预腐蚀后的腐蚀疲劳寿命的研究,如张有 宏 、匡林 等对LY12CZ铝合金预腐蚀后疲劳和 图1 K=1和K=3的低周疲劳试样形状图 Fig.1 the shape of specimens(Kt=1and Kt=3) under low cycle fatigue 腐蚀疲劳试验,得出S—N曲线,初步建立了腐蚀损 伤与疲劳寿命降低之间的关系。 本工作研究了航空金属材料7XXX铝合金预腐 蚀后在实验室空气环境和盐水环境下的疲劳寿命试 1.2试验环境 验,研究盐水环境对疲劳寿命和疲劳强度及其分散 收稿日期:2010-09-20;修订日期:2011-02-02 作者简介:回丽(1965一),女,博士,教授,主要从事钛合金 激光快速成形及航空材料疲劳技术研究,(E-mail)sghuili@ 126.eom。 (1)实验室空气:温度20±5℃,湿度小于 50%。 (2)盐水环境:含3.5%NaC1去离子水,试验段 完全浸没于盐水溶液中,溶液为连续循环。 第3期 盐水环境对预腐蚀铝合金腐蚀疲劳性能的影响 75 16128.17462.16894. 340 4.229236 0.014951 0.003535 1.063—5.750 4.137851 17559,16760 10851 1.90841.63787. 240 96819,76820 4.933985 0.090348 0.018311 1.063—5.750 4.381752 Lab air =3 231342.261O40.265420 180 ,5.455114 0.069817 0.012799 1.051—5.025 5.08639 286475,324200,361320 559178.210940.804809. 160 439097,388292 5.641824 0.214762 0.038066 1.063—5.750 4.329148 式中M 和 分别是与可靠度和置信度 相关的标 准正态偏量,可由P查表获得“ ,在置信度 为 95%时,“ =1.645。 在上述基础上,具有置信度y和可靠度P的安 全对数寿命有下式计算 = + (6) 第3期 盐水环境对预腐蚀铝合金腐蚀疲劳性能的影响 77 在两种环境下疲劳源数目为一个(图5a,d),而Kl= 3的试样在两种环境下疲劳源数目不止一个,有两 个或两个以上,图5c,d中只给出其中的一处疲劳 源。 [6]贾斯克C E海洋工程中的腐蚀疲劳[M].吴荫顺.北京: 冶金工业出版社,1989. (JASK C E.Corrosion fatiue ign marine engineering [M].Beijing:Metlalurgical Industy rPress,1989.) [7]DUQUESNAY D L,UNDERHILL P R,BRITF H J.Fa- tigue crack growth from corrosion damage in 7075一T65 1 1 3 结论 (1)得到可靠度为50%的预腐蚀7XXX铝合金 在盐水环境和实验室空气环境下的中值疲劳寿命曲 lauminium alloy under aircraft loading[J].International Journal of Fatigue,2003,25:371—377. [8]JONES Kimberli,SHINDE Sachin R,CLARK Paul N.et a1.Effect of prior corrosion on short crack behavior in 线和在可靠度为99%、置信度为95%时的安全疲劳 寿命曲线。 (2)预腐蚀7XXX铝合金在盐水环境下的中值 疲劳寿命低于空气环境下的疲劳寿命。空气环境下 子样的疲劳寿命数据比较分散,应力水平越低越分 散。 (3)K =1时在高应力水平上,盐水环境下疲劳 寿命降低不多,是空气环境疲劳寿命的22.71%,而 在低应力水平上盐水环境的疲劳寿命降低显著,是 其空气环境疲劳寿命的2.22%。K =3时的盐水疲 劳寿命在不同应力水平上的降低几乎相当,是其空 气环境疲劳寿命的20.25%。 参考文献: [1]郭洪全,杨永安,吴有金.LCACS高强铝合金腐蚀疲劳 行为研究[J].材料工程,1995(4):42—44. 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(GAO Z T,JIANGXT,XIONG J J.Fatigue performance test design and data pmcessing——The fatigue perform— ance reliability manual of metal material used on helicop— ter[M].Beijing:Beijing Aerospace University Press, 1999.) 78 航空材料学报 第32卷 Influence of Saline Environment on Fatigue Property of Pre-Corroded Aluminum Alloy HUI Li,ZHOU Song,XU Liang,MA Shao—hua,WANG Yan,ZHANG Ying—ying (State key laboratory for Aviation digital manufacturing process,Shenyang Aerospace University,Shenyang 1 10136,China) Abstract:The influence of saline environment on fatigue property of pre—corroded 7XXX aluminum alloy were investigated by means of fatiueg life experiments of pre—corroded 7XXX aluminum alloys(Kt=1 and Kt=3)in laboratory air environment and saline environ— ment.The results showed that saline environment signiicantfly reduces fatigue property of pre—corroded 7XXX aluminum alloy.Labora— tory air environment enlarges the dispersivity of fatiue glife which becomes larger with the lower stress leve1.Fatiueg life(Kt=1)is lit— tle reduced at a high stress level in saline environment and iS 22.71%of that in air environment.However.it iS signiifcantly deduced at a low stress level in saline environment and is 2.22%of that in air environment.In addtion,fatigue life(Kt=3)is smoothly re— duced at different stress 1eve】in saline environment. Key words:pre—corrosion;saline environment;fatigue;corrosion fatigue;aluminum alloy 

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