摘要X 铝合金是国内研制的一种超高强铝合金，广泛应用于航空、航天等领域作为专用机械的主要结构件材料，用户要求它在工况条件下的使用寿命长于1 5年因为该铝合金的工作环境属于广义的蠕变环境，所以必须对该超高强铝合金的蠕变寿命进行系统的研究与评估本课题分别应用古典材料力学和断裂力学理论研究了超高强铝合金的蠕变寿命采用标准试样进行了蠕变试验，得到了超高强铝合金工况下的蠕变极限；采用成品铝筒试样进行了持久试验，得到了超高强铝合金工况下的持久强度；采用带缺口的铝筒试样进行了试验，得到了超高强铝合金蠕变断裂的门槛应力强度因子，估算了其安全运行的损伤容限试验结果表明：( 1 ) 超高强铝合金在4 0 0 C 下使用1 5 年后蠕变总应变为1 ．5％所对应的蠕变极限为碟％( 1 5 年) = 4 9 5 M P a ；当工作应力∥ 0 ．6 m m 如用方程( 3 ．2 ) 的K I ( 许用) = 0 ．5 K t h 做水平线可得a ‘ 0 ．2 4 m m( 按3 ．8 式) 和0 ．3 4 m m ( 按3 ．1 0 式) 由此可知，内表面裂纹的容限比外表面裂纹更大N E 母正 至 ra ，m m图3 ．8 铝筒内表面裂纹的蝎随裂纹深度变化3 ．3 ．3 铝简内部缺陷容限铝筒内部有一个半径为a 的圆型缺陷( 如夹杂群) ，其应力强度因子为吲华2 肜矿再@ ⋯其中M 和a 有关，如表3 ．6 。
由此算出的K I 也已列于表3 ．6 由表3 ．6 可知，当K I ( 容许) = 0 ．5 K t h = 8 M P a ·m 1 尼时所对应的裂纹容限a + 0 ．4 2 m m 它也大于外表面裂纹的裂纹容限a + O ．18 m m 由此可知，三类裂纹( 外表面，内表面和体内) 中，铝筒外部表面裂纹最危险，其裂纹容限也最小，故需要注意外部划伤第三章基于断裂力学的超高强铝合金蠕变寿命研究表3 ．6 铝筒体内裂纹的局3 ．4 小结( 1 ) 缺口铝筒试样在4 0 0 c 、空气中蠕变断裂的门槛应力强度因子为K t h - -16 M P a ·m 舰，取安全系数为2 ，当最大工作应力o m 戤= Oo M P a ，许用应力强度因子为K l ( 许用) = 0 ．5 K t h = 8 M P a ·m “2 2 ) 外表面划伤、内表面裂纹以及内部缺陷的裂纹容限a ’分别为0 ．1 8 m m 、0 ．2 4 m m 、0 ．4 2 m m ，表面划伤比内壁裂纹以及内部缺陷更危险，裂纹容限最小 3 ) 当铝筒最大工作应力a m 戤= Oo M P a ，许用应力强度因子K I ( 容许) =0 ．5 K 。
h ，则铝筒表面划伤的深度小于裂纹容限a + e = 0 ．1 8 m m 时，在使用中不会发生蠕变断裂，铝筒可以安全使用1 5 年3 9第四章结论第四章结论( 1 ) 超高强铝合金在4 0 0 C 下使用1 5 年后蠕变总应变为1 ．5 ％所对应的蠕变极限为吼4 0 5 0 ％( 1 5 年) = 4 9 5 M P a ；当工作应力o ' < 4 9 5 M P a 时，在1 5 年内总应变≤1 ．5 ％，不会出现蠕变损伤及蠕变断裂 ( 2 ) 铝筒持久断裂时间t 随外加应力嘲变化规律为萨．1 7 ．9 0 I n t + 7 1 7 ．1 8 4 0 0 C 时9 0 ％置信度下的持久强度为盯煞( 9 0 ％) = 5 0 8M P a ：I ：I2 M P a 当工作应力盯< 4 9 6 M P a 时，铝筒在工况下使用l5 年不会发生蠕变断裂 3 ) 缺口铝筒试样在4 0 0 C 、空气中蠕变断裂的门槛应力强度因子为K t h= 1 6 M P a ．m “2 外表面划伤、内表面裂纹以及内部缺陷的裂纹容限a ’分别为O ．1 8 m m 、0 ．2 4 m m 、0 ．4 2 m m ，表面划伤比内壁裂纹以及内部缺陷更危险，裂纹容限最小。
工况条件下，铝筒可以安全使用1 5 年参考文献参考文献【l 】S t a l e yJ ．T ．，甜a ／．A d v a n c e dM a t e r i a l & P r o c e s s ，19 9 7 ，( 10 ) ：l7【2 】R e y n o l d sM ．A ．，e ta 1 ．S y m p ．o fA l u m i n u mA l l o y si nt h eA i r c r a f tI n d u s t r y ,T u r i n ，1 9 7 6 ，11 5【3 】L u k a s a kD ．A ．e ta 1 ．A d v a n c e dM a t e r i a l & P r o c e s s ，1 9 9 1 ( 1 0 ) ：1 7【4 】吉田英雄，住友轻金属技报，19 9 3 ，3 4 ( 2 ) ：2 9【5 】S r i v a t s a nT ．S ．e ta 1 ．J o u r n a lo f M a t e r i a l sS c i e n c e ，1 9 9 7 ，3 2 ：2 8 8 3【6 】S r i v a t s a nT ．S ．舀a 1 ．J o u r n a lo fM a t e r i a l sE n g i n n e e r i n ga n dP e r f o r m a n c e ，19 9 7 ，6 ( 3 ) ：3 4 9【7 】T r , aE ．A ．，M T O M ，19 8 3 ，( 7 ) ：13【8 】张君尧，轻金属，1 9 9 4 ，( 6 ) ：5 4【9 】9 张永安，韦强等．喷射成形制备高性能铝合金材料．机械工程材料，2 0 0 1 ( 4 ) ：2 2 - 2 5[ 10 】J e f f e r yB ．P - ，e ta 1 ．S t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fs p r a yf o r m e d715 0c o n t a i n i n gF ea n dS i ．I n t e rJP M ，19 8 0 ，3 0 ( 3 ) ：3 3 5 - 3 4 0[ 11 】G B ／T3 1 9 0 - 1 9 9 6【1 2 】G B ／T1 6 4 7 4 —1 9 9 6【l3 】李严祥，轻金属，19 8 2 ，( 4 ) ：3 2【1 4 】余寿文，冯西桥编著．损伤力学．北京．清华大学出版社．1 9 9 7 ．【1 5 】穆霞英．蠕变力学．西安：西安交通大学出版社，1 9 9 0 ．[ 16 】杨挺青．粘弹性力学．武汉：华中理工大学，1 9 9 0 ．[ 1 7 】张淳源．粘弹性断裂力学．武汉：华中理工大学出版社，1 9 9 4 ．[ 18 】W e b s t e rGA ．F r a c t u r em e c h a n i c si nt h ec r e e pr a n g e ．S t r a i nA n a l y s i s ，19 9 4 ，2 9 ( 3 ) ：2 1 5 ～2 2 3 ．[ 19 】H a y h u r s tD ．R ．T h eu s eo fc o n t i n u u md a m a g em e c h a n i c si nc r e e pa n a l y s i sf o rd e s i g n ．S t r a i nA n a l y s i s ，19 9 4 ，2 9 ( 3 ) ：2 3 3 - - - 2 41 ．【2 0 】杨挺青．材料与结构蠕变研究近况——国际理论与应用力学联合会第5 届结构蠕变研讨会简介．力学进展，2 0 0 0 ( 8 ) ：4 7 6 - 4 7 8 ．[ 21 】M a j i m e iJ ．，M o M n a tQ ，C a s n a o v eM ．J ．，S c h u s t e rD ．I n v e s t i g a t i o no ft h ee v o l u t i o no fh a r d i n gp r e c i p i t a t e sd u r i n gt h e r m a le x p o s u r eo rc r e e po fa2 6 5 0a l u m i n i u ma l l o y ．S c r i p t aM a t e r i a l i a ，2 0 0 2 ：113 - 11 9 ．[ 2 2 】K a i b y s h e vR ．，S i t d i k o vO ．，M a z u r i n aI ．，L e s u e rD ．R ．，D e f o r m a t i o nb e h a v i o ro f4 1参考文献a2 219A la l l o y ．M a t e r i l a sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ．2 0 0 2 ：10 4 ～l l3 ．【2 3 ] K ! o cL ．，S p i g a r e l l iS ．，C e r r iE ．，E v a n g e l i s t aE ．，G l o n g d o nT ．C r e e pb e h a v i o ro fa na l u m i n i u m2 0 2 4a l l o yp r o d u c e db y p o w d e rm e t a l l u r g y ．A c t am a t e r ,19 9 7 ：5 2 9 ～5 4 0 ．【2 4 】杨守杰，黄敏，朱娜等．2 D 7 0 铝合金热稳定性研究．航空材料学报，2 0 0 3 ( 10 ) ：7 3 - 7 7 ．【2 5 】C h a u h a nM ．，R o yI ．，M o h a m e dF ．A ．C r e e pb e h a v i o ri nn e a r - n a n o s t r u c t u r e dA I5 0 8 3a l l o y ．M a t e r i l a sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 5 ：2 4 - 2 7 ．[ 2 6 】F e m , i n d e zR ．，G o n z ：i l e z - D o n c e lGC r e e pb e h a v i o ro fi n g o ta n dp o w d e rm e t a l l u r g y6 0 6 1 A 1 ．J o u r n a lo f A l l o y sa n dC o m p o u n d s ，2 0 0 6 ：1 ～1 0 ．【2 7 】S r i v a s t a v aV ．，W i l l i s m sJ ．P ．，+ M c N e eK ．R ．，G r e e n w o o dG W ．，J o n e sH ．L o ws t r e s sc r e e pb e h a v i o u ro f7 0 7 5h i g hs t r e n g t ha l u m i n i u ma l l o y ．M a t e r i l a sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 4 ：5 0 - 5 6 ．【2 8 ] D uX ．D ．S t u d yo na g e i n ga n dc r e e po fA I 一0 ．1Z ra l l o y ．M a t e r il a sS c i e n c ea n dE n g i n e 。