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塑性变形对6061铝合金疲劳寿命的影响

张龙;侯英玮

【摘要】研究了6061铝合金在经过塑性变形后疲劳寿命的变化.对经过塑性变形

和未经过塑性变形的铝合金板进行疲劳寿命试验,获得两种状态下的疲劳寿命.对实

验数据进行处理,根据作图法利用小子样估计正态分布母体参数,给出了材料的P-N

曲线和对应的方程.用t检验法进行显著性检验,并得到95％置信度时,两种状态材

料的疲劳性能的差异.研究发现疲劳寿命具有明显的分散性,抽样的两个母体遵循正

态分布,并且两种状态材料的疲劳性能差异明显.

【期刊名称】《铝加工》

【年(卷),期】2013(000)002

【总页数】5页(P21-25)

【关键词】铝合金;塑性变形;疲劳寿命;P-N图;t检验法

【作者】张龙;侯英玮

【作者单位】大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学

材料科学与工程学院,辽宁大连116028

【正文语种】中文

【中图分类】TG113.25

0前言

6061铝合金具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性能，同时具有中等强度，

被广泛应用于飞机起落架、铁路车辆等。在它的使用寿命内可能受到许多碰撞或者

低速冲击（如生产装配、修理维护、使用过程中与其他构件碰撞产生塑性变形）[1、

2]。由于塑性变形量较小，因而常常被忽略，然而这种塑性变形会在一定程度上缩

短6061铝合金板的疲劳寿命。一些学者对疲劳寿命和可靠性问题做过研究[3]，

但是对6061铝合金的相关研究还未见报道。采用实验的方法对经过塑性变形之后

的6061铝合金板进行疲劳寿命可靠性研究。首先使一定样本量的6061实验板产

生一定量的塑性变形，再对经过塑性变形和未经塑性变形的试样进行疲劳寿命试验，

最后对疲劳寿命数据进行分析对比，得出两种状态下材料的疲劳性能差异。

1试验材料与实验方案

试验材料为6061铝合金板，试验包括铝合金力学性能试验，铝合金塑性变形试验

和疲劳寿命试验三部分。整个试验均在实验室环境和室温条件下进行，采用完全寿

命试验[4]，样本疲劳断裂视为失效。

1.16061铝合金的力学性能

试验根据GBT3880.2-2006设计拉伸试样，试验后的拉伸试件材料如图1所示。

在材料试验机上对该材料的力学性能进行了测定，包括6061铝合金板的屈服强度，

抗拉强度以及伸长率，其值如表1所示。

图1试验后拉伸试件

表16061铝合金板力学性能数据屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸长率

/%125.07208.1111.5

1.2塑性变形试验

试验采用特制的模具装在材料试验机使试验试样产生塑性变形，变形示意图如图2

所示。塑性变形的程度可以通过材料试验机施加的压力控制。本次试验，选择材料

试验机产生25kN的力，通过模具作用在铝合金板上。在变形过程中6061铝合金

试件的两个末端由专门制造的夹具装置夹紧，并且液压机产生的力以缓慢的速度作

用在试件上，防止试样因塑性变形产生翘曲。图3是产生塑性变形后试样示意图。

图3变形后试件示意图

1.3疲劳寿命试验

采用PLG―100高频疲劳试验机分别测试未经过塑性变形和经过塑性变形之后试样

的疲劳寿命记数据分别为A组和B组。通过对6061铝合金板试件加载一个循环

周期为100Hz，且载荷比R为0.1的脉动载荷，使其在循环载荷的作用下产生疲

劳破坏并自动记录循环次数。图4为疲劳寿命试验后的两种状态的试件。6061合

金板试件的实验数据如表2所示。

图4疲劳试验后试件

表2疲劳寿命实验数据试件数目变形量6061铝合金板试样疲劳寿命（循环次数

×105）10未经塑性变形（A）0.8521.4251.5431.5122.1142.2672.381

2.9783.0003.5122.1782.3893.8664.1874.5494.6174.6325.934

6.4006.5981025KN下塑性变形(B)

从表2中的实验数据可以看出6061板材经过塑性变形后疲劳寿命明显减小，且在

同一状态下疲劳寿命具有分散性。

2疲劳寿命试验数据分析

按参考文献[5、6]的方法，采集实验数据。表3为用成组法测得的两组试件的对数

疲劳寿命试验数据，p为母体存活率估计值，upi为其对应的正态偏量。

式中:p为存活率；i为按寿命大