| 题名 | 轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳损伤的声发射研究 |
| 作者 | 周华茂 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-09-28 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 臧启山 |
| 关键词 | 轧制AZ31B镁合金 腐蚀疲劳 声发射 裂纹萌生 疲劳损伤 |
| 其他题名 | corrosion fatigue damage investigation of rolled AZ31B magnesium alloys by acoustic emission |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | 由于能源紧缺和环境污染的压力，镁合金以其密度低、比强度高、导电导热性好、无毒、易回收利用等优点在汽车、电子和航空航天等领域得到越来越广泛的应用。变形镁合金在镁合金产量中所占比例很小，而其强度和塑性均高于常用的铸造镁合金，变形镁合金在汽车零部件的使用中将具有更加长远的前景。结构件的服役条件经常是在腐蚀环境下受到循环应力的作用，因此结构件的腐蚀疲劳失效成为主要矛盾。相对于钢铁、铝合金等金属材料而言，镁合金的疲劳研究(尤其腐蚀疲劳)还不充分，研究镁合金的腐蚀疲劳可以为其性能改善、寿命预测和实际使用提供依据。 本文选用商业化应用广泛的变形镁合金AZ31B(轧制态)作为研究对象，利用声发射技术系统地研究了不同条件下的腐蚀疲劳行为。取得如下主要结果： 首先研究了几种常见环境体系中轧制AZ31B镁合金的腐蚀疲劳行为。结果表明：轧制AZ31B镁合金在空气中疲劳裂纹源是第二相开裂；而在NaCl溶液中，点蚀或丝状腐蚀造成的表面损伤均可成为疲劳裂纹源。同时研究了不同pH值1.0%NaCl溶液中预浸泡对腐蚀疲劳寿命的影响。研究表明：预腐蚀降低了轧制AZ31B镁合金的疲劳寿命。在pH＝3的溶液中预浸泡后试样的疲劳寿命最短，在pH＝6的溶液中预浸泡后试样的疲劳寿命最高，而在pH＝12的溶液中预浸泡后试样的疲劳寿命介于两者之间。这主要与预腐蚀中形成的预损伤有关。另外研究了在NaF溶液中NaF浓度对轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳寿命的影响。结果表明：在NaF溶液中由于MgF2膜的形成，试样腐蚀疲劳寿命比在相同摩尔浓度NaCl溶液中的腐蚀疲劳寿命要高，随着NaF溶液浓度的增加，腐蚀疲劳寿命增加。 利用声发射技术，选取振铃计数分析了轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳损伤过程。研究表明：累积振铃计数随循环周次变化的关系曲线图可以分为3个阶段，分别对应着材料的裂纹萌生阶段、裂纹稳定扩展阶段和失稳扩展阶段。运用该曲线可以确定裂纹的萌生点和快速扩展点。试验证明：累积振铃计数可作为一个描述轧制AZ31B镁合金疲劳损伤的特征参量，并用此参量建立了一个描述疲劳累积损伤的数学模型。 研究表明：轧制AZ31B镁合金在NaCl溶液中的腐蚀疲劳过程主要存在4种声发射源。其中与腐蚀相关的两种信号分别对应于阳极溶解和阴极析氢：前者属于板平面内激励源，产生扩展波信号；后者属于板平面外激励源，产生弯曲波。与载荷相关的两种信号分别对应于塑性变形的连续型信号和裂纹扩展阶段高载荷阶段出现的裂纹扩展信号。腐蚀信号在整个循环周期都存在，而塑性变形信号仅在循环周期内特定的应力时段出现。 研究了加载幅度、频率、波形对轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳性能的影响。轧制AZ31B镁合金在NaCl体系中，不存在疲劳极限。随着加载幅度的增加，腐蚀疲劳寿命缩短，裂纹萌生时间缩短；存在频率效应，腐蚀疲劳寿命在一定的频率范围内随着频率的降低而降低；施加不同的波形，腐蚀疲劳寿命和裂纹萌生寿命按三角波(1s-9s)、三角波(9s-1s)、梯形波(1s-4s-1s-4s)的顺序依次降低。声发射信号与轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳过程中的损伤有很好的对应性。在裂纹萌生阶段及稳定扩展阶段，高应力幅作用下，振铃计数和幅度均比低应力幅作用下要多、要高。低频率下，一个循环周期内，振铃计数和幅度均比高频率下要多、要高。试验发现，持载阶段的腐蚀作用明显地增强了塑性变形信号。 研究了溶液Cl-含量、pH值、外加电位对轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳性能的影响。溶液中随着Cl-含量的增加，轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳寿命和裂纹萌生寿命降低。随着pH值的升高，轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳寿命和裂纹萌生寿命增加。外加阳极电位降低了轧制AZ31B镁合金的腐蚀疲劳寿命和裂纹萌生寿命，外加阴极电位对其有一定的保护作用。一个循环周期内，随着溶液浓度的增加、pH值的降低，加载阶段声发射信号表示出现塑性变形的起始应力降低。外加阳极电位和阴极电位与自腐蚀电位相比较而言，加载阶段出现塑性变形信号的起始应力降低。加载阶段塑性变形信号出现的起始应力小于屈服强度。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 128 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16930]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 周华茂. 轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳损伤的声发射研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
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