莫纳什大学开发高强度铝合金将疲劳寿命提高25倍

时间:2020-10-21 17:04:56 采编:wangshuaigang 阅读:

  据外媒报道,澳大利亚莫纳什大学Monash University的工程师开发出一种疲劳寿命提高25倍的高强度铝合金。对运输制造业来说,这一发明具有重要意义。



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研究人员表示,高强度铝合金疲劳性能差的原因在于被称为“无沉淀区”PFZ的薄弱环节。莫纳什大学Monash University材料工程系Christopher Hutchinson教授领导的团队研制出一种铝合金微结构,能够在运行中修复薄弱环节即为一种自我修复形式。与目前最先进的合金相比,高强度铝合金的寿命可以提高25倍。

铝合金是目前最受欢迎的第二种工程合金。与钢相比,它们重量轻三分之一密度、无磁性、具有优异的耐腐蚀性。在运输应用中,铝合金占有重要地位,因为它们很轻,可以提高燃料效率。但是,与类似强度的钢相比,其疲劳性能非常差。Hutchinson教授说:“80%的工程合金失效是由疲劳引起的。由于交变应力造成的疲劳失效,在制造业和工程业是一大问题。”

材料疲劳失效是分阶段发生的。在材料的薄弱环节,交变应力会导致材料微塑化由于应力发生永久变化和以局部塑化形式累积存在的损伤。而局部塑化会催生疲劳裂纹,这些裂纹逐渐扩展,最终导致材料断裂。研究人员使用商用AA2024、AA6061和AA7050铝合金,通过在疲劳早期周期中施加在材料上的机械能,修复PFZ微观结构中的薄弱环节,从而大大延缓局部塑化,并避免产生疲劳裂纹,提高疲劳寿命和强度。

Hutchinson教授表示,随着对燃油效率高、重量轻、耐用的飞机、汽车、卡车和火车的需求持续增长,这些发现对运输制造业具有重要意义。研究表明,在动态载荷应用中,铝合金的微观结构设计发生了概念性变化。他说:“我们不是在设计坚固的微结构,并希望它在疲劳载荷期间尽可能长时间保持稳定,而是认识到动态载荷会改变微结构,因此,我们设计了一种初始微结构,虽然可能静态强度较低,但它会发生改变,并显著提高疲劳性能。”

“从某种意义上说,这是对结构进行训练,并通过训练计划来修复代表薄弱点的PFZ。这种方法是通用的,可以应用于其它含有PFZ的沉淀硬化合金。对这些合金来说,疲劳性能是重要考虑因素。”

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