高强铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳起裂机理及应力比的影响研究

分别对7050-T7451铝合金母材及其搅拌摩擦焊接头进行高周疲劳试验,获得了应力比为0.1、0.3和0.5下母材与接头的S-N曲线,借助扫描电镜分析母材与接头断口区域的微观形貌,并进一步探究了粗大第2相对疲劳行为的影响.据此,Al_(23)CuFe_(4)、Al_(7)Cu_(2)Fe和Al_(2)Mg_(3)Zn_(3)是首选的接头裂纹起始点,而Mg_(2)Si是母体材料的主要断裂起始点,裂纹倾向于沿着密集的粗大第2相传播,对于较大的裂纹来说变得更加明显.根据实验观察,可以确定两种不同的裂纹形核机制分别为裂纹在粗大第2相的主体中形核和裂纹在第2相和基体的界面上出现.第1种形核机制主要出现在Mg_(2)Si中,第2种形核机制则以Al_(23)CuFe_(4)、Al_(7)Cu_(2)Fe和Al_(2)Mg_(3)Zn_(3)等白色第2相为主,又因为母材和焊缝的粗大第2相存在显著差异,所以,需要对不同相在焊缝和母材中的差异进行针对性分析,以此来确定接头与母材试样疲劳起裂机理的异同.结果表明,低应力比下,与基体连接紧密的白色第2相产生的应力集中低于母材的屈服强度,故与母材连接较弱的Mg_(2)Si相成为母材疲劳裂纹萌生的主要位置,而焊缝中由于热机械作用使得白色第2相粗化,其完整性相对母材中的白色第2相显著降低,进而成为裂纹萌生的主要位置.随应力比增加,白色第2相产生的应力集中增加,母材和焊缝中白色第2相成为裂纹萌生位置的数量逐渐增加.