1、試驗(yàn)方法
1.1、材料及熱處理?xiàng)l件
試驗(yàn)用材料為鑄造鋁合金A357，坯料采用T5/ T6熱處理，T5熱處理方式為535℃±5℃固溶處理10h～14h，淬火后在160℃±5℃時(shí)效處理4h～8h，T6熱處理方式為535℃±5℃固溶處理6h～12h，淬火后在180℃±5℃時(shí)效處理3h～8h，通過細(xì)砂澆注成型.
1.2、試樣制備及實(shí)驗(yàn)條件
拉伸試件和疲勞試件加工成標(biāo)準(zhǔn)圓棒試件，拉伸試件試驗(yàn)段長(zhǎng)度為40mm，直徑8mm;疲勞試件試驗(yàn)段長(zhǎng)度20mm，直徑8mm，試件夾持端采用M16螺紋。試驗(yàn)前對(duì)試件實(shí)驗(yàn)段部分用砂紙消除表面劃痕。
拉伸試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)均在40kN伺服液壓疲勞試驗(yàn)機(jī)上完成。試驗(yàn)環(huán)境為室溫空氣介質(zhì)，疲勞試驗(yàn)載荷為正弦交變載荷，加載頻率為40Hz，應(yīng)力比分別為r=-1，r=0.05和r=0.4.使用掃描電鏡(SEM)對(duì)疲勞斷口進(jìn)行分析。
2、試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1、材料力學(xué)性能
A357鑄造鋁合金經(jīng)過T5熱處理后的抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度及延伸率均比T6熱處理有所提高，提高比分別為2.93%，1.47%，22.2%.A357鑄造鋁合金在T5/T6兩種熱處理?xiàng)l件下的性能均優(yōu)于A356鑄造鋁合金。
2.2、S-N曲線
在T5和T6兩種熱處理?xiàng)l件下，A357鑄造鋁合金的疲勞強(qiáng)度均隨應(yīng)力比的增加而增加，該結(jié)果于A356鑄造鋁合金的結(jié)果一致。
A357-T5鑄鋁合金在應(yīng)力比r=-1，0.05，0.4時(shí)的疲勞極限分別約為75MPa，110MPa，145MPa，而A357-T6鑄鋁合金在應(yīng)力比r=-1，0.05，0.4時(shí)的疲勞極限分別約為70MPa，95MPa，135MPa.在相同應(yīng)力比條件下，經(jīng)過T5熱處理的A357鑄造鋁合金的疲勞強(qiáng)度均高于T6熱處理合金的疲勞強(qiáng)度，并且隨著應(yīng)力比的增加疲勞強(qiáng)度增加的幅度也隨之提高。
在應(yīng)力比為-1，0.05和0.4時(shí)，T5/T6熱處理?xiàng)l件下S-N曲線的對(duì)比圖。在應(yīng)力比r=-1時(shí)，兩種熱處理?xiàng)l件下的疲勞強(qiáng)度沒有顯著差別，S-N曲線的趨勢(shì)也基本相同。當(dāng)應(yīng)力比為r=0.05和r=0.4時(shí)，A357-T5鑄造鋁合金的疲勞強(qiáng)度比A357-T6鑄造鋁合金的有較大提高，同時(shí)不同熱處理?xiàng)l件下的S-N曲線的趨勢(shì)也不相同，在低應(yīng)力水平時(shí)，T6熱處理材料有較好的疲勞壽命，而在高應(yīng)力水平時(shí)，T5熱處理材料有更好的疲勞壽命。也就是說，T5熱處理?xiàng)l件下，A357鑄鋁合金的S-N曲線的斜率變化更小。
2.3、斷口分析
兩種熱處理情況下，疲勞破壞均起源于時(shí)間表面或次表面的鑄造缺陷，通過能譜分析發(fā)現(xiàn)，作為疲勞裂紋源的鑄造缺陷主要是氧化鋁和氧化硅的混合物。在作為裂紋源的鑄造缺陷處可以看到Si顆粒和由于Si顆粒脫落留下的凹坑。同時(shí)在缺陷周圍還存在大量韌窩。
3、結(jié)論
本文通過對(duì)A357鑄造鋁合金在兩種熱處理?xiàng)l件下的疲勞試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：
(1)、A357鑄造鋁合金在T5熱處理?xiàng)l件下的抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度和延伸率均較T6熱處理時(shí)有所提高。
(2)、在T5/T6兩種熱處理?xiàng)l件下，A357鑄造鋁合金疲勞強(qiáng)度均隨應(yīng)力比的增加而增加。
在相同應(yīng)力比條件下，經(jīng)過T5熱處理的A357鑄造鋁合金的疲勞強(qiáng)度均高于T6熱處理合金的疲勞強(qiáng)度，并且隨著應(yīng)力比的增加疲勞強(qiáng)度增加的幅度也隨之提高。
(3)、位于試件次表面鑄造缺陷是主要的裂紋源。斷裂表面有大量呈枝晶分布的Si顆粒，說明疲勞裂紋是沿著枝晶邊界擴(kuò)展。
更多詳情，請(qǐng)關(guān)注中國(guó)鑄造網(wǎng)(www.www.usllm.cn)鑄造材料專題技術(shù)文獻(xiàn)欄目
