鋁合金和大多數(shù)金屬材料一樣，通常對平均應力更敏感。特別是拉伸平均應力對疲勞強度有不利影響，可促進裂紋的萌生和擴展，導致斷裂。材料的平均應力敏感性對機械部件的設計和應用壽命預測具有重要意義。許多關于鋁合金的研究證明了這一主題的必要性，主要集中在合金平均應力對疲勞強度的影響，以及用不同的值方法計算疲勞壽命。等通道角壓(ECAP)最突出的大塑性變形（SPD）許多研究證明，技術之一已經應用于實驗室和工業(yè)規(guī)模ECAP處理對鋁合金高周疲勞行為有益，但嚴重塑性變形對鋁合金平均應力敏感性的影響仍為空白。
德國開姆尼茨工業(yè)大學的研究人員為6082鋁合金單道ECAP加工，并與常規(guī)擠壓峰時效鋁合金進行比較。ECAP影響高周疲勞行為和疲勞強度的平均應力敏感性。相關論文題為Equal-channel angular pressing influencing the mean stress sensitivity in the high cycle fatigue regime of the 6082 aluminum alloy”發(fā)表在Materials Science & Engineering A。
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https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140014
6082鋁合金常規(guī)擠壓截面15×15mm正方形實心型材為達到峰值應力鋁合金530℃×60min固溶處理后，170℃×65h時效處理，以下簡稱T6（屈服強度297MPa；抗拉強度307MPa；伸長率23.7%)。上述固溶處理后，立即單次進行室溫ECAP（角度90°；速度50mm/min），后進行170℃×40min時效處理，其中冷塑性變形后人工時效的工藝順序稱為T8.以下簡稱T8 ECAP（屈服強度332MPa；抗拉強度345MPa；伸長率18.3%)（R=-1）、拉（R=0）和拉-拉（R=0.1）三種拉壓比下進行高周疲勞試驗。
研究發(fā)現(xiàn)，在擠壓峰時效下（T6)纖維組織結構強烈(晶粒5-40μm），在ECAP處理后，微結構不均勻，由于局部塑性應變，晶粒尺寸小于1μm、寬度為40μm細晶剪切帶。擠壓峰值時效合金的疲勞強度受應力比的影響很大，因此具有明顯的平均應力敏感性，高應力比平均應力的增加導致疲勞強度范圍的下降。T與6合金相比，單次ECAP在所有應力比下，疲勞強度振幅顯著增加。此外，平均應力的影響降至接近零，不同應力的疲勞強度幾乎相同。ECAP經過處理后，合金對壓縮應力更敏感ECAP處理引入的剪切變形，壓縮載荷和擠壓峰值時效合金(362±4 MPa）屈服強度較小(355±2 MPa）。
圖1T6態(tài)和T8 ECAP態(tài)顯微組織
圖2 6082鋁合金T8 ECAP疲勞加載后斷口表面的光學顯微圖
研究表明，平均應力敏感性不僅受到拉伸屈服強度的影響，而且與材料的微結構、力學性能和加工方法密切相關。疲勞強度對應力比的依賴主要受到某一加載方向的敏感性的影響。壓縮加載和拉伸加載在高循環(huán)疲勞狀態(tài)下同樣重要。
圖3 在三種應力比下，常規(guī)擠壓6082鋁合金T6態(tài)和T8 ECAP狀態(tài)疲勞行為
圖4 6082鋁合金常規(guī)擠壓T6態(tài)和T8 ECAP態(tài)疲勞強度NE=平均應力敏感性敏感性
(文:破風)
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