《MSEA》等通道角压6082铝合金，高周疲劳下的平均应力敏感性

　　导读：本文研究了等通道角压对高周疲劳行为和疲劳强度平均应力敏感性的影响。对6082铝合金进行单道ECAP加工，并与挤压峰时效铝合金进行比较。填补了铝合金ECAP对平均应力敏感性的影响这一空白，为将来ECAP在铝合金上进一步应用提供了理论基础。

　　铝合金与大多数金属材料一样，通常对平均应力较敏感。特别是拉伸平均应力对疲劳强度有不利的影响，能够促进裂纹的萌生和扩展，导致断裂。材料的平均应力敏感性，对机械零部件的设计和应用寿命预测具有重要意义。许多关于铝合金的研究证明了这一课题的必要性，这些研究主要集中在合金的平均应力对疲劳强度的影响程度，以及用不同的数值方法计算疲劳寿命。等通道角压(ECAP)是最突出的大塑性变形（SPD）技术之一，已在实验室和工业规模中的得到应用，许多研究证明了ECAP处理对铝合金高周疲劳行为产生有益影响，但严重的塑性变形对铝合金平均应力敏感性的影响仍是空白。

　　德国开姆尼茨工业大学研究人员针对6082铝合金进行单道ECAP加工，并与常规挤压峰时效铝合金进行比较。探讨了ECAP对高周疲劳行为和疲劳强度平均应力敏感性的影响。相关论文以题为“Equal-channel angular pressing influencing the mean stress sensitivity in the high cycle fatigue regime of the 6082 aluminum alloy”发表在Materials Science & Engineering A。

　　论文链接：

　　https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140014

　　6082铝合金常规挤压成截面为15×15mm的正方形实心型材，为了达到峰值应力铝合金进行530℃×60min固溶处理，后进行170℃×65h时效处理，下文简称为T6（屈服强度297MPa；抗拉强度307MPa；伸长率23.7%）。上述固溶处理后立即进行室温单次ECAP（角度90°；速度50mm/min），后进行170℃×40min时效处理，其中冷塑性变形后人工时效的工艺顺序称为T8，下文简称为T8 ECAP（屈服强度332MPa；抗拉强度345MPa；伸长率18.3%）。在室温拉-压（R=-1）、拉（R=0）和拉-拉（R=0.1）三种拉压比下进行高周疲劳试验。

　　研究发现在挤压峰时效条件下（T6）呈现出强烈的纤维组织结构（晶粒5-40μm），在ECAP处理后，所得到的微观结构是不均匀的，由于局部塑性应变，存在晶粒尺寸小于1μm、宽度为40μm的细晶剪切带。挤压峰值时效合金的疲劳强度受应力比影响很大，因此具有显著的平均应力敏感性，较高的应力比时平均应力的增加导致疲劳强度幅值下降。与T6合金相比，单次ECAP后的疲劳强度振幅在所有应力比下都有显著提高。此外，平均应力的影响降低到接近零，不同应力比下疲劳强度几乎相同。ECAP处理后合金对压缩应力敏感性较高，这是由ECAP处理引入的剪切变形引起的，导致在压缩载荷下与挤压峰值时效合金（362±4 MPa）相比表现出较小的屈服强度（355±2 MPa）。

　　图1 6082铝合金常规挤压T6态和T8 ECAP态显微组织

　　图2 6082铝合金T8 ECAP疲劳加载后断口表面的光学显微图

　　研究表明，平均应力敏感性不仅受拉伸屈服强度的影响，还与材料的微观结构、力学性能和加工方法息息相关。疲劳强度对应力比的依赖性主要受某一加载方向的敏感性的影响。在高循环疲劳状态下，压缩加载与拉伸加载同样重要。

　　图3 在三种应力比下，6082铝合金在常规挤压T6态和T8 ECAP态下的疲劳行为

　　图4 6082铝合金在常规挤压T6态和T8 ECAP态疲劳强度NE=107处的平均应力敏感性

　　（文：破风）