航空用蠕变时效成形高强铝合金疲劳特性研究

Creep age forming technology is a new technology which isdeveloped for fabrication of high performance aircraft panel components, and which has wide application in the aircraft field, and which is still in the experimental period in our country. However, the present researches focus on the forming technology and materials in microstructure level , failing to learn the performance of material which is formed with this technology in-depth and systematicly. To solve this problem, this project will take high- intensity aluminum alloy processed with creep age forming technology as research object，probe deep its fatigue damage mechanism, uncover its law of crack initiation and expansion, find the relationship between the technological parameters of creep age forming and its fatigue properties, construct the model of its fatigue life prediction, and provide theoretical and technological support for the application of the creep age formed materials in the aerospace equipments of our country.

蠕变时效成形技术是为制造高性能航空壁板构件而发展起来的一项新技术，在飞机研制中具有广泛的应用前景，该技术在我国还处于试验研究阶段，目前研究主要集中在成形技术和材料微观组织结构方面，而对由该技术制造的材料关键性能- - 疲劳性能还缺乏深入系统的研究。 本项目以蠕变时效成形高强铝合金材料为研究对象，开展蠕变时效材料的疲劳损伤机理研究，揭示疲劳裂纹的萌生与疲劳扩展的研究规律；研究蠕变时效成形工艺参数与疲劳性能之间的关系，建立时效成形工艺参数与材料疲劳性能指标对应关系；建立蠕变时效成形材料的疲劳寿命预测模型及方法，为蠕变时效成形技术在我国航空航天装备上的应用提供理论、数据和技术支持。

疲劳失效是航空航天构件在服役过程中的主要失效形式，蠕变时效成形高强铝合金的疲劳性能是航空航天结构件的关键指标。研究蠕变时效材料的疲劳损伤机理，建立成形材料疲劳性能与组织结构要素的关系模型，为蠕变时效成形技术在我国航空航天装备上的应用提供理论和技术支持。主要研究内容及重要结果如下：.（1）以Al-Cu-Mg-Zn系高强铝合金为研究对象，进行了单轴和多轴疲劳试验。结合试验结果对7075高强铝合金高周疲劳和多轴疲劳性能进行了分析和研究，得到了合金的S-N曲线及疲劳极限；疲劳断口分析显示，7075-T651薄板高周疲劳断口呈韧性断裂特征，存在明显的疲劳裂纹萌生区、疲劳裂纹扩展区及瞬断区。.（2）在不同温度、时间及预加载半径条件下，开展了蠕变时效成形试验。获得了不同蠕变时效工艺参数下Al-Cu-Mg-Zn系高强铝合金的高周疲劳S-N曲线，建立了蠕变时效成形材料疲劳性能与组织结构要素的关系模型；同时对晶粒、析出相、组织中的粗大相及疲劳断口进行了观察和分析。结果表明：疲劳极限随成形时间的延长而提高，但提高的幅度逐渐减小。 .（3）从微观角度揭示了蠕变时效成型工艺参数对新型Al-Cu-Mg系高强铝合金的疲劳裂纹扩展行为的影响规律。研究表明蠕变应力可提高合金晶体内的位错环和蜷线位错密度，显著加速时效析出进程；在近门槛区，Al-Cu-Mg系铝合金析出相特征对合金的疲劳性能影响显著，合金裂纹扩展抗力随着蠕变时效的延长而降低；在Paris区，微观组织对裂纹扩展速率的影响不再明显，裂纹扩展性能趋于一致。.（4）针对不同受载形式，提出了多种疲劳寿命预测模型，包括：基于优化SVR模型的大跨度样本疲劳寿命预测方法，基于人工峰群算法优化GMSVR模型的疲劳裂纹扩展预测方法，基于临界平面法的多轴疲劳寿命预测模型等寿命预测方法。结果表明，本项目提出的模型能有效的适用于高强铝合金的疲劳寿命预测。