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采用室温和高温力学性能测试、金相、X射线衍射、扫描电子显微分析(SEM)、透射电子显微分析(TEM),研究了大工业条件生产的高强高韧7475-T7351铝合金成品板材基本力学性能及其各向异性、疲劳性能和断裂韧性,试验结果表明:
(1)7475铝合金成品板材强度随拉伸温度的升高而降低,而且拉伸温度越高降低的速率越快,延展性越好;
(2)7475铝合金成品板材中的强化相随拉伸温度的升高而逐步粗化,尺寸大致由18nm变到100nm。
(3)室温条件下,成品板材纵向和横向的屈服强度、抗拉强度、冲击能和延伸率分别为:501MPa、491MPa、428MPa、417MPa、14J/cm2、13J/cm2、8.5%、8.9%。
(4)25mm厚的7475合金板材横向轴向疲劳强度为300MPa,纵向轴向疲劳强度为310MPa,在此条件下,疲劳寿命大于1.0000×107。
(5)25mm厚的7475合金板材在Kt=1、应力比R=0.1和△K为30MPa·m1/2的条件下,板材纵向疲劳裂纹扩展速率da/dN为2.73~4.41×10-3mm/周左右,板材横向da/dN为5.76~8.22×10-3mm/周左右,板材横向疲劳裂纹扩展速率比纵向要高约一倍。
(6)应力幅值对板材疲劳寿命的影响主要在于随着应力幅值的提高,在疲劳辉纹间距略有增大的同时,疲劳裂纹越早进入瞬时断裂阶段,所以提高合金断裂韧性能有效提高其抗疲劳性能。
(7)7475-T7351铝合金成品板材疲劳裂纹扩展有明显的三阶段特性,疲劳裂纹一般在试样表面萌生,裂纹扩展中产生大量疲劳辉纹。随着裂纹的扩展疲劳辉纹间距会增大,随后发生瞬时断裂。断口呈小韧窝和解理断裂的混合形貌。
(8)25mm厚7475-T7351成品板材铝合金的断裂韧性存在着各向异性,不同方向的断裂韧性不同,其抗裂纹扩展能力纵向要明显优于横向。纵向(L-T)断裂韧性KQ为45.30MPa·m1/2,横向(T-L)断裂韧性KIC为36.45MPa·m1/2。