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莫纳什大学开发高强度铝合金 将疲劳寿命提高25倍

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58京牌 ,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。

(图片来源:phys.org)

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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