腐蚀环境对预腐蚀铝合金腐蚀疲劳性能的影响.pdf

第４３２０１５正卷２月第第２期—９１９５页材料工ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ程ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏ１．４３Ｎｏ．２Ｆｅｈ．２０１５ＰＰ．９１～９５腐蚀环境对预腐蚀铝合金腐蚀疲劳性能的影响ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＣｏｒｒｏｓｉｏｎＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｏｎ—ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＦａｔｉｇｕｅＰｒｏｐｅｒｔｙｏｆＰｒｅｃｏｒｒｏｄｅｄＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙ马少华，回丽，周松，许良，朱永辉（沈阳航空航天大学机电工程学院，沈阳１１０１３６）——ＭＡＳｈａｏｈｕａ，ＨＵＩＬｉ，ＺＨＯＵＳｏｎｇ，ＸＵＬｉａｎｇ，ＺＨＵＹｏｎｇｈｕｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１３６，Ｃｈｉｎａ）摘要：采用不同环境下的轴向加载疲劳性能测试方法，研究了不同环境对预腐蚀７ＸＸＸ铝合金腐蚀疲劳性能的影响。结果表明：腐蚀环境对其疲劳寿命的影响从重到轻依次是：油箱积水、盐水、潮湿空气和实验室空气。当应力比尺为０．５和０．０６时，潮湿空气下的疲劳寿命比实验室空气下的略低，降低的幅度随着应力的降低而增大；在低应力水平区盐水和油箱积水环境对疲劳寿命的影响基本相同。当应力比Ｒ为一１时，盐水下的疲劳寿命总是略低于油箱积水环境下的疲劳寿命；潮湿空气相比实验室空气下的疲劳寿命随着应力的降低，降低的幅度比应力比为０．５和０．０６时要略大。关键词：预腐蚀；铝合金；腐蚀环境；腐蚀疲劳ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１ＯＯ１－４３８１．２０１５．０２．０１５中图分类号：０３４６；Ｖ２１６文献标识码：Ａ—文章编号：１００１－４３８１（２０１５）０２００９１０５—Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｏｎｃｏｒｒｏｓｉｏｎｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｐｒｅｃｏｒｒｏｄｅｄ７ＸＸＸａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｖｉａａｘｉａｌｌｏａｄｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗａｔｅｒｉｎｆｕｅｌｔａｎｋｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｈａｓｔｈｅｂｉｇｇｅｓｔｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅａｍｏｎｇａｌｌｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓａｎｄｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈｅｓａｌｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｗｅｔａｉｒａｎｄｔｈｅｌａｂｏｒａｔｏｒｙａｉｒ．ＷｈｅｎｓｔｒｅｓｓｒａｔｉｏＲｉｓ０．５ａｎｄ０．０６，ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｉｎｔｈｅｗｅｔａｉｒａｒｅｓｌｉｇｈｔｌｙｌｏｗｅｒ—ｔｈａｎｔｈｏｓｅｉｎｔｈｅｌａｂｏｒａｔｏｒｙａｉｒ．ｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｉｎｇａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｓｔｒｅｓｓ．Ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｉｎｔｈｅｓａｌｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｗａｔｅｒｉｎｆｕｅｌｔａｎｋａｒｅａｌｍｏｓｔｔｈｅｓａｍｅａｔｌｏｗｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅ１．ＷｈｅｎｓｔｒｅｓｓｒａｔｉｏＲｉｓ一１。ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｉｎｔｈｅｓａｌｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｒｅａｌｗａｙｓｓｌｉｇｈｔｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｉｎｔｈｅｗａｔｅｒｏｆｆｕｅｌｔａｎｋ，ａｎｄｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｉｎｔｈｅｗｅｔａｉｒａｒｅｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｉｎｔｈｅｌａｂｏｒａｔｏｒｙａｉｒ，ｗｉｔｈｄｅｃｒｅａｓｉｎｇａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｌｉｇｈｔｌｙｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔａｔｓｔｒｅｓｓｒａｔｉｏＲｉｓ０．５ａｎｄ０．０６．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｆａｔｉｇｕｅ飞机在使用过程中经常暴露在雨水、盐雾、海水、潮湿空气等腐蚀环境中，飞机结构就是在这种腐蚀环“”境和交变载荷共同作用的复合环境下使用的口］。腐蚀和疲劳是飞机结构在整个服役阶段破坏的主要模式，随着飞机的老龄化，腐蚀和疲劳问题对飞行安全构成的威胁越来越大］。近些年来，国内外对以飞机结构损伤为背景的疲劳及腐蚀疲劳做了大量的研究，如北大西洋公约组织在２Ｏ世纪７Ｏ年代后期就对飞机结构的腐蚀疲劳问题开展了系统的研究，２０世纪８０年代，美军标中明确要求，设计制造商在飞机的设计过程中须考虑气候环境对飞机结构的耐久性、损伤容限及实验验证的影响。。Ｊ。国内在预腐蚀损伤对材料疲劳寿命影响的研究方面很少，只有对几种典型材料经过预腐蚀后的腐蚀疲劳寿命的研究，如张有宏＿４进行了ＬＹ１２ＣＺ铝合金预腐蚀—后疲劳和腐蚀疲劳实验，得出ｓＮ曲线，初步建立了腐蚀损伤与疲劳寿命降低之间的关系。如包俊成等研究了钛合金ＢＴ２０焊接接头腐蚀环境和疲劳寿命之第４３卷第２期腐蚀环境对预腐蚀铝合金腐蚀疲劳性能的影响９５着比较大的分散性，而且是应力越低，分散性就越大。而盐水环境和油箱积水环境的实验结果比较集中，分散性较小。（３）当应力比为０．５和０．０６时，低应力水平区盐水和油箱积水环境对疲劳寿命的影响基本相同，潮湿空气下的疲劳寿命比实验室空气下的略低，降低的幅度随着应力的降低而增大。当应力比为一１时，盐水下的疲劳寿命略低于油箱积水环境下的疲劳寿命，潮湿空气相比实验室空气下的疲劳寿命随着应力的降低，降低的幅度比应力比为０．５和０．０６时要略大。（４）腐蚀环境对预腐蚀７ＸＸＸ铝合金的疲劳性能有较大影响，对应Ｎ一１０循环次数，潮湿空气环境在三种应力比下对材料的疲劳强度的影响差别不大。在应力比分别为０．５和０．０６时，盐水、油箱积水环境对材料的疲劳强度的影响程度基本相同；在应力比为一１时，油箱积水对材料的疲劳强度的影响要略大于盐水环境。参考文献［１］蒋祖国．飞机结构腐蚀疲劳［Ｍ］．北京：航空工业出版社，１９９２．３９—４３．［２］［３］［４］［５］［６］——ＪＩＡＮＧＺｕｇｕｏ．ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＦａｔｉｇｕｅｏｆＰｌａｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｍ］．Ｂｅｉ—ｊｉｎｇ：ＡｖｉａｔｉｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，１９９２．３９４３．陈跃良，卞贵学，郁大照，等．腐蚀环境下飞机结构疲劳全寿命评—估模型［Ｊ］．机械强度，２ｏ１２，３４（１）：１３７１４３．———ＣＨＥＮＹｕｅｌｉａｎｇ，ＢＩＡＮＧｕｉｘｕｅ，ＹＵＤａｚｈａｏ，ｅｔａ１．Ｆａｔｉｇｕｅｈｏｌｉｓｔｉｃｌｉｆｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆａｉｒｃｒａｆｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｃｏｒｒｏｓｉｖｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔｒｅｎｇｔｈ，２０１２，３４（１）：—１３７１４３．耿德平，宋庆功．航空材料腐蚀疲劳研究进展口］．腐蚀与防护，—２Ｏ１１，３２（３）：２０６２０９．———ＧＥＮＧＤｅｐｉｎｇ，ＳＯＮＧＱｉｎｇｇｏｎｇ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎｆａ—ｔｉｇｕｅｔｈｅｏｒｙｆｏｒａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌｍａｔｅｒｉａｌｓＥＪ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ｛｝ＬＰｒｏｔｅｃ—ｔｉｏｎ，２０ｌ１，３２（３）：２０６２０９．张有宏．飞机结构的腐蚀损伤及其对寿命的影响［Ｄ］．西安：西北工业大学，２００７．—ＺＨＡＮＧＹｏｕｈｏｎｇ．Ｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｄａｍａｇｅａｎｄｉｔｓｅｆｆｅｃｔｏｎｌｉｆｅｏｆ’—ａｉｒｃｒａｆｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｄ］．Ｘｉａｎ：ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００７．包俊成，赵捷，王志奇，等．钛合金ＢＴ２０焊接接头腐蚀疲劳性能的—实验研究［Ｊ］．中国腐蚀与防护学报，２０１０，３（４）：３１３３１６．——ＢＡＯＪｕｎｃｈｅｎｇ，ＺＨＡＯＪｉｅ，ＷＡＮＧＺｈｉｑｉ，ｅｔａ１．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ—ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔｓｏｆＢＴ２０ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｉｎｃｏｒｒｏｓｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＥＪ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒ—ＣｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１０，３（４）：３１３３１６．官玉辉，刘铭，张坤，等．不同腐蚀环境对７４７５一Ｔ７３５１铝合金疲劳—性能及裂纹扩展速率的影响［Ｊ］．材料工程，２０１０，（９）：７１７３．——Ｇ０ＮＧＹｕｈｕｉ，ＬＩＵＭｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＫｎｎ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｒｒｏｓｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｏｎｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｃｒａｃｋ—ｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｉｎ７４７５一Ｔ７３５１ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉ—ａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１０，（９）：７１７３．［７］管琪，刘慧丛，朱立群，等．２５２４铝合金包铝层在模拟油箱积水环—境中结垢及其对腐蚀行为的影响［Ｊ］．材料工程，２０１３，（５）：１１１５．———ＧＵＡＮＱｉ，ＬＩＵＨｕｉｃｏｎｇ，ＺＨＵＩＡｑｕｎ，ｅｔａ１．Ｓｃａｌｌｉｎｇｏｆ２５２４ａ—ｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｗｉｔｈｃｌａｄｄｉｎｇｉｎｓｉｍｕｌａｔｅｆｕｅｌｔａｎｋｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｏｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ—Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，（５）：１１１５．［８２鲍蕊，张建宇，费斌军．潮湿空气环境对２０２４一Ｔ３铝合金疲劳性能—的影响＿Ｊ］，材料研究学报，２００７，２１（５）：５４７５５０．———ＢＡＯＲｕｉ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎｙｕ，ＦＥＩＢｉｎｊｕｎ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｆａ——ｔｉｇｕｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ２０２４。Ｔ３ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｉｎｄａｍｐａｉｒｅｎｖｉｒｏｎ。—ｍｅｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２００７，２１（５）：５４７５５０．［９］ＫＩＭＢＥＲＬＩＪ，ＳＡＣＨＩＮＲＳ，ＰＡＵｌＮＣ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｉｏｒ—ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｎｓｈｏｒｔｃｒａｃｋｂｅｈａｖｉｏｒｉｎ２０２４Ｔ３ａｌｕｍｉｎｕｍ［Ｊ］．Ｃｏｒ—ｒｏｓｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ，２００８，５０（９）：２５８８２５９５．［１０］ＧＲＵＥＮＢＥＲＧＫＭ，ＣＲＡＩＧＢＡ，ＨＩＬＬＢＥＲＲＹＢＭ，ｅｔａ１．——Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｐｒｅｃｏｒｒｏｄｅｄ２０２４一Ｔ３ａｌｕｍｉｎｕｍ［Ｊ］．Ｉｎ—ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＦａｔｉｇｕｅ，２００４，２６（６）：６２９６４０．［１１］ＤＵＱＵＥＳＮＡＹＤＬ，ＵＮＤＥＲＨＩＬＬＰＲ，ＢＲＩＴＴＨＪ．Ｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｆｒｏｍｃｏｒｒｏｓｉｏｎｄａｍａｇｅｉｎ７０７５一Ｔ６５１１ａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｕｎｄｅｒａｉｒｃｒａｆｔｌｏａｄｉｎｇ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＦａｔｉｇｕｅ，—２００３，２５（５）：３７１３７７．［１２］高镇同，熊峻江．疲劳可靠性［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版—社，２０００．２４３２５８．——ＧＡＯＺｈｅｎｔｏｎｇ，ＸＩＯＮＧＪｕｎｊｉａｎｇ．ＦａｔｉｇｕｅＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ［Ｍ］．—Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２０００．２４３２５８．［１３］任三元，曹鹏钧，刘海涛．预腐蚀典型铆接结构疲劳寿命特性研究［Ｊ］．装备环境工程，２００９，６（１）：２７２９．——ＲＥＮＳａｎｙｕａｎ，ＣＡＯＰｅｎｇｊｕｎ，ＬＩＵＨａｌｔａｏ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆａ—ｔｉｇｕｅｌｉｆｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｒｅｃｏｒｒｏｄｅｄｔｙｐｉｃａｌｒｉｖｅｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ—［Ｊ］．ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，６（１）：２７２９．——［１４］高镇同，蒋新桐，熊峻江．疲劳性能试验设计和数据处理直升机金属材料疲劳性能可靠性手册［Ｍ］．北京：北京航空航天大—学出版社，１９９９．１７３１７７．———ＧＡＯＺｈｅｎｔｏｎｇ，ＪＩＡＮＧＸｉｎｔｏｎｇ，ＸＩＯＮＧＪｕｎｊｉａｎｇ．Ｆａｔｉｇｕｅ———‘ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＴｅｓｔＤｅｓｉｇｎａｎｄＤａｔａＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｈｅＦａｔｉｇｕｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＭａｎｕａｌｏｆＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌＵｓｅｄｏｎＨｅｌｉｃｏｐ—ｔｅｒ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，１９９９．１７３１７７．［１５］郑晓玲．民机结构耐久性与损伤容限设计手册（下册）［Ｍ］．北京：航空工业出版社，２００３．——ＺＨＥＮＧＸｉａｏｌｉｎｇ．ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＣｉｖｉｌＡｉｒｃｒａｆｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＤｕｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄＤａｍａｇｅＴｏｌｅｒａｎｃｅＤｅｓｉｇｎ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＡｖｉａｔｉｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，２００３．————收稿日期：２０１３０３１９；修订日期：２０１４０３１２通讯作者：回丽（１９６５一），女，博士，教授，主要从事钛合金激光快速成形及航空材料疲劳技术研究，联系地址：辽宁省沈阳市道义南大街３７号沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室—（１１０１３６），Ｅｍａｉｌ：ｓｙｈｕｉｌｉ＠１６３．ｃｏｒｎ