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鋁板知識
雖然零件所承受的交變應力數(shù)值小于材料的屈服強度，但在長時間運轉(zhuǎn)后因累機損傷而引起斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞斷裂，據(jù)統(tǒng)計，機械零件斷裂中有80%是由于疲勞引起的，內(nèi)芯與金屬板組成復合板材時 , 泡沫鋁提供板材 整體的變形能吸收能力 , 而金屬面板提供整體的剛度。研 究發(fā)現(xiàn)在靜彎曲載荷下 , 復合板有三種基本的失效方式 ,
實驗證明，金屬材料所受最大交變應力越大，則斷裂前所受的循環(huán)周才（定義我疲勞壽命）越少。這種交變應力與疲勞壽命的關(guān)系曲線稱為疲勞曲線，一般缸體材料的疲勞強度為10詞非鐵合金我10的8次方，工程上規(guī)規(guī)定，彩龍經(jīng)手相當循環(huán)周才不發(fā)生斷裂的最大應力稱為疲勞極限，對于疲勞試驗，我國有國家標準{金屬材料扭應力疲勞試驗方法}別是板材表面凹陷 , 內(nèi)芯切斷和面板屈服或斷裂 [6 2 9] 。復合 花紋鋁板板材的變形能吸收效應與內(nèi)芯的整體壓縮和表面凹陷處的 局部壓縮有關(guān) [9] 。然而 , 復合板作為面板材料在飛器 , 汽 車和儀表等領(lǐng)域使用時 , 疲勞破壞是它們的主要失效方式 , 但目前對其疲勞行為研究還很少。本文用鋁合金作面板與 泡沫鋁內(nèi)芯一起加工成三層復合板 ( 一層泡沫鋁內(nèi)芯 + 兩 層鋁合金面板 ) , 頭的格子表現(xiàn)出局部凹陷 , 垂直位移矢量最大的地方對應 于凹陷尖端。圖 2(b) 、 2(c) 和 2(d) 分別是垂直位移、垂直壓 縮應變ε yy 和剪切應變τ 為了解彎曲條件下內(nèi)芯的受力狀態(tài) , 本文按圖 2 計算了在 靜彎曲條件下各復合板內(nèi)芯的最大切應力σ CS [11] 和最大凹 陷應力σ ID [6 ,7] , 并列于表 1 。內(nèi)芯切斷方式破壞的試樣 , 其 所受的最大切應力σ CS 大于泡沫鋁的剪切強度σ (0. 8 MPa) 。這就是說復合板中的泡沫鋁內(nèi)芯可以承受高于其剪 切強度的應力。σ CS 和σ CF 的比值可以定義為泡沫鋁內(nèi)芯的 剪切強度約束系數(shù) Rs 。
Rs 越高 , 約束程度越高 , 內(nèi)芯越難以 發(fā)生剪斷。對于內(nèi)芯厚度一定的復合板 , 金屬面板厚度越 , 板的剛度越大 ,Rs 也就越高。若金屬面板厚度一定時 , 通過這種處理，可以改善零件的耐磨性以及耐疲勞性，而由于零件的心部仍然具有良好的韌性和強度，此對沖擊載荷有良好的抵抗作用內(nèi)芯厚度越小 ,Rs 越高。凹陷 (ID) 方式破壞的 S 20 2 AL0.5 , 其 Rs 接近于 1 , 內(nèi)芯的剪切變形不受到金屬面板的約束。但由于 鋼的滲碳就是含碳量較低的鋼制零件在滲碳介質(zhì)中加熱或者保溫，使碳原子滲入表面，獲得一定的表面含碳量，在淬火之后，含碳量高的表層硬度很高，而含碳量低的心部硬度低仍具有良好的韌性。目的是使零件獲得高的表面硬度、耐磨性以及高的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度。主要用于承受磨損、交變接觸應力或者彎曲應力和沖擊載荷的零件，如軸、齒輪、凸輪軸等，這些零件要求表面有很高的硬度而心部要有足夠的強度和韌性鋁的陽極氧化是以鋁或鋁合金作陽極，以鉛板作陰極在電解液中電解，使其表面生成氧化膜層。經(jīng)過陽極氧化，花紋鋁板鋁表面能生成厚度為幾個至幾百微米的氧化膜。這層氧化膜的表面是多孔蜂窩狀的，比起鋁合金的天然氧化膜，其耐蝕性、耐磨性和裝飾性都有明顯的改善和提高。疲勞斷口的主要特點就是疲勞斷口的三要素：1.疲勞源。有點源、線源等分別，多遠合并往往形成臺階。2.疲勞擴展區(qū)。這是疲勞斷口的主體部分。不同的起源、受力情況，會形成不同的形貌，據(jù)此能夠推斷零件的受力過程。就像一個記錄儀，完整的記錄零件的斷裂過程，這是我們分析的重要部分。疲勞擴展區(qū)往往較光滑，并有疲勞弧線存在。3.瞬斷區(qū)。這是零件最后斷裂的部位。其斷裂形貌與一次性斷裂相同。其面積對應著著最后斷裂時的斷裂強度采用不同的電解液和工藝條件，就能得到不同性質(zhì)的陽極氧化膜。表面淬火是指將工件表面一定深度范圍內(nèi)迅速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，在一定深度范圍內(nèi)達到淬火目的的熱處理工藝。目的是在工件表面一定深度范圍內(nèi)獲得馬氏體組織，而心部仍保持淬火前的組織狀態(tài)(調(diào)質(zhì)或者正火狀態(tài))，從而使表面硬而耐磨，而心部又有足夠的塑性和韌性。主要用于中碳調(diào)質(zhì)鋼和球墨鑄鐵制的機器零件。發(fā)生了局部凹陷 , 該試樣存在壓縮型約束。把最大凹陷應力 σ ID 與泡沫鋁內(nèi)芯的壓縮強度 (1. 2 MPa) 之比定義為壓縮強度 約束系數(shù) Rc ,S 20 2 AL0.5 的 Rc 為 3.2 。總結(jié)表 1 可知 ,Rs 和 Rc 與 復合板幾何結(jié)構(gòu) , 特別是金屬面板和內(nèi)芯厚度密切相關(guān)。采用液相共沉淀法制備出反尖晶石結(jié)構(gòu)的納米 Fe 3 O 4 磁性顆粒 , 晶粒平均粒徑為17. 9 nm 。選擇白蛋白包覆納米 Fe 3 O 4 具有很好的生物相容性 , 其平均粒徑在 341nm 左右 , 適合作為靶向藥物的磁性載體。疲勞強度是指材料在無限多次交變載荷作用下會產(chǎn)生破壞的最大應力，稱為疲勞強度或疲勞極限。實際上，金屬材料并不可能作無限多次交變載荷試驗。一般試驗時規(guī)定，鋼在經(jīng)受10ˇ7次、非鐵(有色)金屬材料經(jīng)受10ˇ8次交變載荷作用時不產(chǎn)生斷裂時的最大應力稱為疲勞強度。當施加的交變應力是對稱循環(huán)應力時，所得的疲勞強度用σ–1表示同時 , 在交變磁場作用下 , e 3 O 4 可接受電磁波能量轉(zhuǎn)化為熱能 , 因此 ,Fe 3 O 4 不但被用 作化療藥物載體制得磁性微球進行靶向治療 , 還被用于磁在疲勞極限下 , 內(nèi)芯受到的局部壓縮應力或剪切應力 均高于泡沫鋁的壓縮 (0. 72 MPa) 或剪切疲勞強度 (0. 29 MPa) , 這也是金屬面板對內(nèi)芯的約束造成的。按表 1 中各 復合所能承受的最大載荷可算出 S 20 2 AL0.5 內(nèi)芯的凹陷疲勞 強度為 1.92 MPa ,S 20 2 AL1.5 ,S 5 2 AL1.5 和 S 5 2 AL0.5 內(nèi)芯的剪切疲勞強 度分別為 0.67 MPa ,0.42 MPa 和 0.45 MPa 。
表 1 的強度約束 系數(shù)也可以用來描述復合板內(nèi)芯的疲勞極限 , 而且內(nèi)芯和xy 的等高線分布圖。這些力學參量一 致性的分布證明了凹陷變形的發(fā)生。 在常規(guī)疲勞強度設(shè)計中，有無限壽命設(shè)計(將工作應力限制在疲勞極限以下，即假設(shè)零件無初始裂紋，也不發(fā)生疲勞破壞，壽命是無限的)和有限壽命設(shè)計(采用超過疲勞極限的工作應力，以適應一些更新周期短或一次消耗性的產(chǎn)品達到零件重量輕的目的，花紋鋁板也適用于寧愿以定期更換零件的辦法讓某些零件設(shè)計得壽命較短而重量較輕)。損傷容限設(shè)計是在材料實際上存在初始裂紋的條件下，以斷裂力學為理論基礎(chǔ)，以斷裂韌性試驗和無損檢驗技術(shù)為手段，估算有初始裂紋零件的剩余壽命，并規(guī)定剩余壽命應大于兩個檢修周期，以保證在發(fā)生疲勞破壞之前，至少有兩次發(fā)現(xiàn)裂紋擴展到危險程度的機會。疲勞強度可靠性設(shè)計是在規(guī)定的壽命內(nèi)和規(guī)定的使用條件下，保證疲勞破壞不發(fā)生的概率在給定值(可靠度)以上的設(shè)計，使零部件的重量減輕到恰到好處循環(huán)次數(shù) N f = 9 × 10 3 時 , 凹陷深度約為 4 mm , 而 N f = 1.65 × 10 4 時 , 局部壓縮的發(fā)展已停止 , 分別見圖 ) 。當 N f = 1.7 × 10 4 時裂紋在內(nèi)芯區(qū)域里研究循環(huán)彎曲條下三層復合板的斷裂損 傷過程 , 并對其疲勞強度特征進行探討。厚度分別為 5 mm 和 20 mm 的泡沫鋁內(nèi)芯和厚度為 0. 5 m 和 1. 5 mm 的鋁合金面板組成四種復合板 , 分別用 5 2 AL0.5 ,S 20 2L0.5 ,S 2 AL1.5 和 S 20 2 AL1.5 表示。 S 后第一個下標為內(nèi) 的厚度 ,AL 表示鋁合金 , 其后的數(shù)字代表面板的厚度。內(nèi) 和面板的長度和寬度分別是 130 mm 和 25 mm 。內(nèi)芯由線 割加工而成 , 每個面都用 400 C 砂紙磨平并用超聲波清 洗。內(nèi)芯和合金面板用環(huán)氧樹脂 (CHEMI H 2 93 和 CHEMI R 2 11 的混合物 ) 粘接在一起。最后把粘接好的復合板在 175 ℃ 下固化 1 個小時 , 加工完成
