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高强度铝合金缺口喷丸加工的疲劳特性： 使用临界距离法的实验和预测 文章信息: 关键词： 文章历史 ： 喷丸处理 收到2009年8月18日 缺口疲劳 修改稿1月20日收到2010年 高强度铝合金 接受2010年2月24日 临界距离理论 可在线2010年3月6日 残余应力 摘要： 本论文旨在探讨不同喷丸处理对携带不同类型的缺口铝7075 -T651样品疲劳的影响。WohlerS-Ncurves是通过在不同的实验条件通过反向弯曲得出实验结论。通过改变不同的疲劳强度发现，这取决于喷丸强度，而且，尤其是，对于不同的切口的几何形状的处理不同的效果：接收到的更重要的缺口较大通过在降低疲劳缺口敏感性方面的喷丸硬化处理有益效果和增量的缺口疲劳强度。疲劳改善相对于未进行喷丸状况和疲劳的喷丸强度的影响讨论了处理残余应力的效果。在装载过程中残余应力再分配的程度是通过调查x射线衍射(XRD),根据应用负载发现表面压力的进化到一个稳定值通常,高静态力学性能诱导铝合金是通过弥散硬化和老龄化热处理的方案来解决的。。此外，加强铝合金高疲劳缺口承受的恶化硬化的处理[2]更为敏感。因此，在应力集中的存在下，像孔，圆角和凹槽，这些始终存在于机械设备中的零件，特别不利于这些合金的疲劳响应，从而限制了在具有复杂形状并具有高应力机械零件中的使用。 由于多数疲劳裂纹起始于零件的表面上，零件表面的抵抗裂纹萌生和早期裂纹扩展的条件是一个有吸引力的提高疲劳性能的方法。由于这个原因，铝合金经常受到表面处理。例如，喷丸处理一直受到特别的关注，在普通钢的疲劳寿命和轻合金[ 3-7 ]，允许有明显的增量。在文献中，这种改进的主要部分已经几乎一致归因于在应力在表面区域引入残余应力。同时负责延迟疲劳裂纹的萌生和较低的小裂纹扩展速率[ 3,8-10 ] 。进一步的效果，即使大部分仍然有争议，由于工作硬化，其中，一方面，负责增强抗裂纹萌生的能力，在另一边，导致较低的裂纹扩展的阻力减小，应为材料脆化[ 9 ]。 一些研究表明残余压应力，比如从喷丸，表面轧制和表面硬化表面处理中产生的。显著地提高工程材料的缺口疲劳性[ 11?13] 。然而，这些调查研究并没有考虑到铝合金，主要集中存在于传统的钢中。此外，仅仅在现有的文献[11?15]的数据似乎并没有以提供残余应力对缺口疲劳强度的影响一个令人信服的解释。事实上，已经表明，残余应力场将集中在缺口附近，类似于外部载荷应力集中效应。然而，由于测量尖锐缺口附近残余应力的的难度，很少有实验数据可在文献中查到。此外压缩产生残余应力强烈依赖于稳定使用寿命[14]。 这些结果已经解决了目前的第二部分的工作，也就是专门预测经过喷丸处理切口样品的疲劳寿命。虽然纯疲劳可以使用等效应力来计算成功，该函数是在试样的表面上的外部和残余应力场得出的，这样过于保守的做法必然是针对缺口部分。在过去，许多不同的方法已经被提出，考虑到与这种现象挂钩的材料的疲劳缺口敏感性。或许，其中最容易采纳的方法是基于临界距离的理论，上个世纪，原来是通过Neuber[18]和Petterson的[19]中的中间开发，在过去的几十年，是许多研究者（例如见[20?23]）的进一步研究。在本文，临界距离的理论方法用于预测的中期喷丸样品拍摄的高周疲劳行为。用于此目的，在[17]中描述的数值方法的基础上，初始和稳定的残余应力域已经确定，合并在一个等效应力，基于多轴疲劳已经平均超过标准材料的特征长度。 材料和实验程序 该实验已对铝7075-T651合金进行了操作，广泛用于航空航天应用，随附在4毫米厚的热轧板的形式。散装材料特性已经确定在五个标准的单调拉伸试验10（初始应变速率s）进行纵向取向.结果，总结于表1, 显示出了屈服强度高于500兆帕，再加上良好的延展性材料（18％的总延伸率）。 表1： E(GPa) T.E.(%) R.A.(%) 73(1) 515(5) 565(5) 760(10) 18(2) 24(2) 在几何形状为棱柱的试件进行了疲劳特性实验，根据标准ISO3928，示于图1。在如图所描述样品中的圆角半径 ，图1a是大到足以使任何缺口疲劳效应都可以忽略不计。在下文中他们将被视为光滑“或纯”样本。该缺口试样，其几何形状被示于图1b，通过电火花加工制(EDM)。特别注重2边V型缺口的正确加工（90度