变形铝合金【2A14锻铝合金】-7

材料名称：2A14锻铝合金
浸蚀剂：未浸蚀
处理情况：自由锻件，车削加工后经170℃±10℃除应力退火热处理
组织说明：下端框材料为φ1300mm×75mm自由锻件，车削加工成图1所示的部件，经除应力退火热处理，组装后其上承重2000kg，在振动试验时连接环在图1所示的部位突然全部断裂，断裂实物如图2所示。用放大镜观察下端框断口，发现断裂处无明显塑性变形，其上可见较多擦伤，断口上存在明显的裂纹扩展条纹。从断口上显示的裂纹扩展条纹走向判断，裂源位于图3中编号12～13区域内。断口具有快速断裂的特征。
   对裂源区用（SEM）扫描电镜观察，发现在12～13区域内存在多处小裂纹源，其断口低倍形貌如图4所示。裂源位于下端框外壁处，其上有较密的第二相颗粒，扩展区可见明显的疲劳辉纹（见图5），扩展区宽度约为0.26mm。图6所示为瞬断区的断口形貌，具有韧窝＋较多脆性的第二相颗粒＋第二相开裂等特征。
   于裂源处取样进行显微组织观察，可见下端框剖面上流线呈明显的方向性，锻件的高向垂直，如图7所示。做高倍组织观察，在α固溶基体上大量脆性第二相（Fe.Mn杂质相，Mg₂Si、Al₂Cu、Al₂CuMg等未
溶强化相）呈链状的方向性排，如图8所示。裂纹断口附近可见明显的沿脆性第二相开裂，如图9所示。
   下端框断裂处的断口及金相分析结果表明：振动时下端框从根部12号位的直角处首先形成疲劳源，随后在交变应力作用下裂纹不断扩展，在疲劳裂纹扩展到一定长度后，便快速断裂，断裂沿第二相分布较多的面进行。下端框断裂的性质为脆性断裂，其断裂的机理为低周疲劳。下端框断裂及疲劳寿命低的主要原因是下端框2A14合金锻件原材料的各向异性，另外下端框结构上直角处产生应力集中，下端框壁厚较薄，在振动时所受的应力较大，都对疲劳裂纹的形成和扩展起到促进作用。因此，可通过用模锻件代替自由锻件，改变锻件的流线的方向，尽量使其与最大拉应力方向平行，另外增加锻造比，细化锻件组织，控制疲劳源的萌生和扩展，这样构件的可靠性和疲劳寿命都将会大大提高。

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变形铝合金【2A14锻铝合金】-7

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