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1、西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告题目： 海洋气候对 7475 铝合金力学性能的影响系 别 机电信息系 专 业 金属材料专业 班 级 B080210 姓 名 陈允磊 学 号 B08021002 导 师 上官晓峰 2011 年 12 月 18 日1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1 题目背景及研究意义题目背景及研究意义铝是一种比较年轻的金属，其整个发展历史也不过 200 年，而有工业生产规模仅仅是 20 世纪初才开始的。但由于铝及其合金材料具有优良的物理性能，良好的加工成型性以及高
2、的回收再生性等，因此，工程领域内，铝一直被认为是“希望金属” 。铝工业一直被认为是“朝阳工业”, 发展速度非常快。铝材已广泛用于交通运输、包装容器、建筑装饰、航空航天、机械电器、电子通讯、石油化工、能源动力、文体卫生等行业，成为发展国民经济与提高人民物质和文化生活的重要基础材料1。由于铝及铝合金具有比强度高、延展性好、易加工成型和电性能优良等特点，因此获得了越来越广泛的应用。据报道,宇宙飞船及运载火箭所使用的铝合金占整个结构材料的 75%以上，飞机则占 80%以上2 。飞机的机翼大梁缘条、口盖边框、口盖边框、机身或机翼上的长桁等都由铝合金材料制成。但随着科技的进步，国民经济和国防军工的现代化发
3、展及人民生产水平的提高，有些合金已被淘汰，急需发展一批高强、高韧、高模、耐磨、耐蚀、耐疲劳、耐高温、耐低温、耐辐射、防火、防爆、易切割、易抛光、可表面处理、 可焊接的和超轻的新型合金。如 b7 5 0 MP a 的高强高韧合金，密度小于 24 的铝锂合金，粉末冶金和复合材料等3。虽然铝及其合金在众多金属材料中具有较好的耐大气腐蚀性的材料, 但随着大气环境的严酷性增强和对材料使用性能要求的提高, 对铝和铝合金的耐大气腐蚀性也提出了更高的要求。铝和铝合金在大气环境中的腐蚀, 不仅使维护和维修费用大大增加, 更重要的是缩短了飞机的寿命而造成巨大的经济损失4。7475 高强度铝合金，作为使用最为广泛的
4、飞机结构材料之一。早在 1969 年，美国铝业公司在 7075 合金基础上，通过降低 Fe 和 Si 含量，使第二相成分总量降低，控制 Cr 含量，调整 Mn 和 Cu 含量，使该合金的强度保持在 7075 铝合金的基础上提高了抗应力腐蚀性能和断裂韧性，同时合金的塑性也有了提高，研制出 7475合金，该合金综合性能优化首先应用在 F-16 和 C-58 飞机上5。目前，7475 铝合金由于具有高强度、高韧性、抗疲劳、耐腐蚀、可超塑性成形等性能，被广泛应用于航空、航天、汽车等领域6。TC18 是当代飞机和发动机的主要结构材料之一。TC18 钛合金是 20 世纪 60 年代末前苏联开发的一种高强钛
5、合金7 ,牌号 BT22,名义成分为 Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe。该合金具有高强度、高塑性、淬透性好、可焊性好等优点,因而应用于飞机的承力构件8 。在 7475 铝合金使用的过程中不可避免的于 TC18 接触，同时大气中水会夹杂盐分凝聚在金属表面, 有可能导致电偶腐蚀。电偶腐蚀是指异种金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不同而构成腐蚀的阴、阳极，阴、阳极间有电流流动，使电位较低的金属溶解速度增加，而电位较高的金属，溶解速度反而减小9。电偶腐蚀除可加速阳极构件的腐蚀破坏外，还可诱发点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀等更危险的腐蚀破坏。在 7475 铝合金和 TC18 钛合金发生电偶腐蚀时，会
6、产生电偶电流，使电位较低的 7475 铝合金（阳极）溶解速度增加，电位较高的TC18（阴极）溶解速度减小 ，从而加快了 7475 铝合金的腐蚀。 7475 电偶腐蚀这一潜在破坏性因素正威胁着飞机结构设施的整体可靠性，是系统中最重大的安全隐患之一。因此，研究海洋气候对 7475 铝合金电偶腐蚀引起 7475 铝合金性能变化对研究本课题有重要的意义。1.2 国内外相关研究情况国内外相关研究情况目前海洋大气腐蚀的室外暴露试验国际上普遍采用在典型海洋大气环境中建立腐蚀试验站的方法 ,这和一般大气环境的室外暴露试验方法是相同的。自然环境下的暴露试验是研究还海洋大气腐蚀最常用的试验方法 ,它能真实反映所在
7、地点的腐蚀状况 ,是获取材料乃至装备环境适应性的最真实可靠的方法10 。通过海洋大气暴露试验可以掌握不同材料在不同海洋大气环境中的耐蚀性及机理,为工程防腐设计和在典型恶劣环境下使用钢铁材料提供合理可靠的设计依据11。海洋大气腐蚀的大气暴露试验过程当中，在预先确定的时间取下试片并转移到实验室中作近一步评价。一般的移取周期是在暴露开始后的 0.5 年 ，1.0 年 ， 2.0 年 ，4.0 年 ，8.0年和 16.0 年12 。在室外暴露试验中相对湿度、 温度、SO2和 Cl-浓度的变化以及其它参数包括雨量和光线屏蔽、 风况、 样品取向、 辐射源以及表面处理等都会对腐蚀速率产生影响。因此 ,在设计
8、室外暴露试验是要考虑这些影响因素 ，在标准程序规定在特定条件下暴露样品 ，以对室外暴露试验有个充分合理的理解。王建军等13在海南、 青岛两地在进行了碳钢与耐候钢挂片 3 年的大气腐蚀速率测定和表面锈层分析 ，认为海洋大气环境下 ，耐候钢与碳钢的腐蚀程度在 3 年的大气腐蚀下相差不大 ，海南耐候钢挂片在挂片第三年其腐蚀速率有所降低 ，而在青岛的耐候钢挂片在第三年腐蚀率反而增大。经 3 年的海洋大气暴露 ，耐候钢外锈层与碳钢锈层疏松多孔 ，疏松锈层主要由 -2FeOOH，-2FeOOH，Fe3O4组成 ，- 2FeOOH 趋向于钢基表面分布。王成章等14采用 Q235 和 Cor-TenA 钢在万
9、宁试验站进行了不同暴露时间、 朝向和不同样品表面状态的大气暴露试验。结果表明万宁试验站的高湿热、 高日照、 强辐射和高 Cl-浓度的环境因素的综合作用产生极高的腐蚀性。在这种海洋大气环境下钢的表面形成有保护性的长期稳定致密的锈层是困难的 ，钢的腐蚀率急剧上升。海洋大气暴露试验能真实地反映出材料在典型气候环境地区的耐蚀性 ，数据准确可靠。但试验周期很长、速度慢 ，耗费大量的人力与物力 ，而且试验区域性很强15 。有时需要几年甚至数十年才能得到较为可靠的试验数据。本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 本课题研究的主要内容
10、本课题研究的主要内容1.试样进行海洋大气暴晒；2.对比试样及大气暴晒试样拉伸、疲劳性能的测试，分析大气暴晒对材料力学性能和疲劳性能的影响；3.在 SEM 下观察疲劳、拉伸后的断口形貌，分析腐蚀机理和断裂机理；2.2 拟采用的研究方案、研究方法或措施拟采用的研究方案、研究方法或措施1大气暴晒将试验试样暴露在室外大气中并朝南放置放在草坪上，暴露角度为 45，标记面朝上。试样的暴晒安装方法如图 2.1。暴晒地点为青岛，暴晒时间为 1 年和 2 年。7475 铝合金试样暴晒情况如表所示。对比试样不进行大气暴晒。每组有 8 个试样，13 号作拉伸实验，剩下的试样作疲劳实验。 表 2.1 7475 铝合金
11、大气曝晒试验项目注：B:暴晒 1 年 BB：暴晒 2 年 材料试样编号表面处理装配数量B1-1B1-8不装配8BB1-1BB1-8不装配8B3-1B3-8涂胶87475 铝合金BB3-1BB3-8磷化+涂漆（H06-D+13-2）涂胶82.拉伸试验根据 GB/T228-2002金属材料 室温拉伸试验方法的规定，对给定形状的试样施加轴向试验力拉至断裂，测出材料的抗拉强度并计算出断面收缩率。3.疲劳试验应用电液伺服试验机，在给定应力幅值下将疲劳试样进行加载试验（R=0.1） ，读出各自的寿命值。4 扫描电镜分析SEM-EDX 图像扫描均采用 KYKY-1000B 型扫描电镜进行。SEM 分析 74
12、75 铝合金试样是从拉断后试样上截取 810mm，将断口清洗吹干后放在扫描镜下观察断口形貌和腐蚀层；采用金相分析仪，测出抛光后试样的腐蚀深度。 3.技术条件及实验条件技术条件及实验条件根据实验方案，所需主要实验设备有：拉伸试验机、疲劳机、扫描电镜、金相显微镜。所提供的技术条件和试验条件可以保证本试验的正常进行。4.预期成果形式预期成果形式以论文的形式来表现成果。5.本课题研究的重点及难点本课题研究的重点及难点重点： 分析大气暴晒对材料力学性能和疲劳性能的影响。难点： 分析断口形貌和腐蚀层。6.完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第 1-3 周
13、： 做前期准备，查阅相关资料，对课题有一定的了解；第 4-8 周： 了解实验设备，完善设计方案，准备材料，进行实验；第 9-13 周： 对实验的结果进行分析；第 14-17 周：整理实验结果并写出完整的毕业论文；第 18 周： 进行毕业答辩。7.指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：指导教师： 年年 月月 日日8. 所在系审查意见：所在系审查意见：系主管领导：系主管领导： 年年 月月 日日参考文献参考文献1 刘静安.浅谈中国铝及铝合金材料产业发展战略(1)J.铝加工, 2005,(05) .2 文邦伟,李继红.铝及铝合金在热带
14、海洋地区大气腐蚀J.表面技术,2004,33(6): 21-23.3 刘静安.浅谈中国铝及铝合金材料产业现状与发展战略(2)J.铝加工,2005,(06) .4 安百刚,张学元,韩恩厚等. 铝和铝合金的大气腐蚀研究现状J.中国有色金属学报,2001.5 朱玉桂，张豪，张林等. 喷射成 7475 铝合金显微组织和力学性能，铸造，2010,1(3).6 C.L.Chen，M.J.Tan.Czvity growth and filament formation of superplasticallydeformedAl 7475 alloyJ.Materials Science and Engine
15、ering,A298(2001):235-244.7 于兰兰,毛小南,赵永庆等. 热变形行为 BT2 钛合金的组织演变J.稀有金属材料与工程,2007,(03).8 曹春晓.钛合金在大型运输机上的应用J.稀有金属快报,2006, (01).9 魏宝明.金属腐蚀理论及应用M.北京:化学工业出版社,1984 : 142 一 143 .11 廖国栋,吴国华,苏少燕.金属材料暴露试验与人工加速试验腐蚀速率的研究J.环境试验. 2005, 12: 13.10 杨晓然,张伦武,秦晓洲,等. 自然环境试验及评价技术的进展J.装备环境工程, 2005,12(4):6.12 C 莱格拉夫, T 格雷德尔著. 韩恩厚译. 大气腐蚀 M .北京:化学工业出版社, 2005. 5.13 王建军,郭小丹,郑文龙,等. 海洋大气暴露 3 年的碳钢与耐候钢表面锈层分析 J.腐蚀与防护,2003,23(7):288.14 王成章,张伦武,汪学华等. 热带海洋大气环境中钢腐蚀异常原因分析J.装备环境工程, 2005,2(2):68.15 卢兴华,万红敬,黄红军,等. 盐雾加速腐蚀试验相对于石家庄大气环境试验的加速倍率研究J.环境装备工程,2003,15(2):86.
