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裂紋擴展到一定長度后,裂紋主應力的作用面發(fā)生偏離,疲勞裂紋將沿著與正應力方向大致垂直的方向擴展,即開始宏觀裂紋擴展,又稱為疲勞裂紋擴展的第段。疲勞裂紋擴展第段的主要特征是在斷口上出現疲勞條帶。 疲勞條帶的形成可以用Laid-Smith模型解釋:在疲勞裂紋擴展的第段,當循環(huán)應力為零時,裂紋呈閉合狀態(tài)。循環(huán)應力為拉應力時,裂紋在拉應力作用下張開,裂紋處產生應力集中,導致裂紋擴展。外加拉應力逐漸增大裂紋擴展加劇,但隨著裂紋的擴展,裂紋滑移區(qū)擴大,裂紋逐漸變鈍,應力集中程度降低,同時外加拉應力值也開始減小,當兩者作用的結果達到平衡,滑移停止裂紋不在擴展。 當外加交變應力為壓應力時,滑移沿反方向進行,原始裂紋和新擴展的裂紋表面被壓近,己經鈍化的裂紋被彎折、。當壓應力達到值時,裂紋表面被壓合,裂紋又由鈍變銳,形成尖角。在下一周期外加應力為拉應力時,在其作用下被的裂紋又產生應力集中裂紋繼續(xù)擴展。 實際上,在疲勞主裂紋的擴展過程中,常遇到晶界、相界或亞晶界等物,如果此類裂紋擴展物的強度很高,主裂紋不易通過而阻礙了其沿原來方向的擴展,裂紋的擴展方向將發(fā)生改變,裂紋的擴展方向發(fā)生偏轉,這將導致二次裂紋的產生。
一般地,溫度應低于合金的固相線溫度而高于再結晶溫度,并且是合金具有較好塑性的溫度。溫度越高,變形抗力越低,有利于降低力,減小能耗。但是溫度太高使得制品的表面質量變差,易形成組織。不同的溫度對變形鋁合金的強度的影響是不同的,因此通過控制溫度,在一定的范圍內就可以控制合金的力學性能。 鋁合金的典型溫度大致在380一480℃之間。坯料溫度及模具預熱溫度必須控制在合適的范圍內,合理控制坯料溫度、模具預熱溫度以及采用合理潤滑劑,可以出高精度鋁合金管材娜〕。為了避免模具激冷坯料,在前需將模具預熱到與工件相同的溫度,且這一溫度比溫度大約低25℃。 速度對成品的質量也有很大影響,速度越大,變形產生的熱量不易散失,導致坯料溫度上升,當溫度上升到接近坯料熔點時,制品表面容易產生裂紋等缺陷,并影響制品的組織性能。通常,采用低的溫度和慢的速度的產品力學性能較高,低溫和快速可以較高的表面質量。 比也是影響變形的重要參數。比過小,合金變形不充分,型材組織不均勻,甚至保留有鑄造組織,而且變形過程中因變形引起的溫升不明顯,使型材出口溫度低,從而降低強度和塑性。通常比在10:1一100:1之間,如果坯料是坯而不是鑄造坯,則比可以更高,使得鋁合金在過程中達到正常的加工效果。
在鑄軋鋁卷鋁板時,板帶連續(xù)不斷快速冷卻結品,這是一種非平衡結品過程。因此合金在鑄軋過程中容易在晶內因過飽和固溶形成Mn,Fe成分偏析、區(qū)域偏析和AIMn或AIFe系金屬間化合物,以及過飽和應力等。Mn與鋁基體作用形成的MnA16,在晶內和晶界不均勻析出,形成針狀、棒狀和魚骨狀第二相組織,導致鑄軋板帶中的Mn含量發(fā)生嚴重的偏析,這種組織在深沖時容易產生橘皮和裂紋。 晶內形成的這些化合物屬晶格常數較大的正交晶系或斜方晶系,一般都呈針狀、棒狀、枝晶狀等形貌,棱角等部位比較尖銳,在后續(xù)冷軋和熱處理中難以改變這種形貌,而且會遺傳到終成品,在后續(xù)冷軋和熱處理中難以改變這。 這是因為鋁液的凝固是從結晶器的內壁開始,垂直于冷卻面的方向向鋁液內部擴展,所以鑄造組織具有明顯的方向性;隨著鋁凝固層的增厚,傳熱系數減小,內外品核的形成和長大的不一致導致晶粒的形狀、位向和大小也隨之變。 因此,為了Mn的偏析,使鑄軋坯料晶粒和枝晶內的溶質分布均勻,同時坯料組織中固溶體溶質的含量,改變晶界或枝晶界上的金屬間化合物的形態(tài),變成球狀粒子,改善產品的性能,進行均勻化處理顯得很重要。均勻化處理依據的原理是原子擴散運動,溫度不同原子擴散速度不同,其擴散驅動力也不同。
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