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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(xiàn)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(chǎn)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(jié)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(jīng)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(chǎn)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?qū)l(fā)生改變,裂紋的擴展方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),這將導致二次裂紋的產(chǎn)生。
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鋁卷生產(chǎn)廠家談合金的變質(zhì)和細化晶粒早在20世紀50年代,和美國等國的科學家就Al-Si合金的變質(zhì)處理進行了研究,發(fā)現(xiàn)對Al-Si共晶體變質(zhì)有效的元素共有18種,但從經(jīng)濟性、工藝性以及對環(huán)境的污染程度等因素考慮,。 近年來,關于稀土的變質(zhì)作用和變質(zhì)機理研究得較多。20世紀8o年代初期,就稀土對Al-Si共晶合金的變質(zhì)效果進行了研究,不同稀土元素的變質(zhì)效果不同,變質(zhì)作用強的稀土元素是Eu,其次是La,再次是Ce,Pr,Nd和混合稀土,而在具體實驗條件下E:和Y則幾乎沒有變質(zhì)作用。 長期的研究表明稀土元素是一種良好的長效變質(zhì)劑,并且具有重熔性。例如,含0.056wt.%La的變質(zhì)合金,經(jīng)反復熔化一凝固10次,每次取樣進行金相檢驗發(fā)現(xiàn)仍有變質(zhì)效果,化學分析發(fā)現(xiàn)La的濃度尚有0.035wt.%,仍處于變質(zhì)范圍之內(nèi)。 每種稀土元素變質(zhì)劑都具有其變質(zhì)的范圍和含量,且在不同的合金中變質(zhì)的效果是不同的。稀土元素可以增加液態(tài)金屬結(jié)晶中心、增加表面張力、增加過冷度,在析出相或生長相的表面生成一層吸附膜,阻礙晶粒繼續(xù)長大,達到細化晶粒的目的。
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