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鋁板知識(shí)
雖然零件所承受的交變應(yīng)力數(shù)值小于材料的屈服強(qiáng)度，但在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后因累機(jī)損傷而引起斷裂的現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞斷裂，據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)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(fù)合板材時(shí) , 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(fù)合板有三種基本的失效方式 ,
實(shí)驗(yàn)證明，金屬材料所受最大交變應(yīng)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(yīng)力與疲勞壽命的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為疲勞曲線(xiàn)，一般缸體材料的疲勞強(qiáng)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(dāng)循環(huán)周才不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞極限，對(duì)于疲勞試驗(yàn)，我國(guó)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn){金屬材料扭應(yīng)力疲勞試驗(yàn)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(fù)合 花紋鋁板板材的變形能吸收效應(yīng)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(fù)合板作為面板材料在飛器 , 汽 車(chē)和儀表等領(lǐng)域使用時(shí) , 疲勞破壞是它們的主要失效方式 , 但目前對(duì)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(fù)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(duì)應(yīng) 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(yīng)變?chǔ)?yy 和剪切應(yīng)變?chǔ)?為了解彎曲條件下內(nèi)芯的受力狀態(tài) , 本文按圖 2 計(jì)算了在 靜彎曲條件下各復(fù)合板內(nèi)芯的最大切應(yīng)力σ CS [11] 和最大凹 陷應(yīng)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(yīng)力σ CS 大于泡沫鋁的剪切強(qiáng)度σ (0. 8 MPa) 。這就是說(shuō)復(fù)合板中的泡沫鋁內(nèi)芯可以承受高于其剪 切強(qiáng)度的應(yīng)力。σ CS 和σ CF 的比值可以定義為泡沫鋁內(nèi)芯的 剪切強(qiáng)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(duì)于內(nèi)芯厚度一定的復(fù)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(shí) , 通過(guò)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(qiáng)度，此對(duì)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(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。主要用于承受磨損、交變接觸應(yīng)力或者彎曲應(yīng)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(qiáng)度和韌性鋁的陽(yáng)極氧化是以鋁或鋁合金作陽(yáng)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(guò)陽(yáng)極氧化，花紋鋁板鋁表面能生成厚度為幾個(gè)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(diǎn)就是疲勞斷口的三要素：1.疲勞源。有點(diǎn)源、線(xiàn)源等分別，多遠(yuǎn)合并往往形成臺(tái)階。2.疲勞擴(kuò)展區(qū)。這是疲勞斷口的主體部分。不同的起源、受力情況，會(huì)形成不同的形貌，據(jù)此能夠推斷零件的受力過(guò)程。就像一個(gè)記錄儀，完整的記錄零件的斷裂過(guò)程，這是我們分析的重要部分。疲勞擴(kuò)展區(qū)往往較光滑，并有疲勞弧線(xiàn)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(duì)應(yīng)著著最后斷裂時(shí)的斷裂強(qiáng)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(yáng)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(dá)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(jī)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(yīng)力 σ ID 與泡沫鋁內(nèi)芯的壓縮強(qiáng)度 (1. 2 MPa) 之比定義為壓縮強(qiáng)度 約束系數(shù) Rc ,S 20 2 AL0.5 的 Rc 為 3.2 �？偨Y(jié)表 1 可知 ,Rs 和 Rc 與 復(fù)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(qiáng)度是指材料在無(wú)限多次交變載荷作用下會(huì)產(chǎn)生破壞的最大應(yīng)力，稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。實(shí)際上，金屬材料并不可能作無(wú)限多次交變載荷試驗(yàn)。一般試驗(yàn)時(shí)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(shí)不產(chǎn)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度。當(dāng)施加的交變應(yīng)力是對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)，所得的疲勞強(qiáng)度用σ–1表示同時(shí) , 在交變磁場(chǎng)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(jìn)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(yīng)力或剪切應(yīng)力 均高于泡沫鋁的壓縮 (0. 72 MPa) 或剪切疲勞強(qiáng)度 (0. 29 MPa) , 這也是金屬面板對(duì)內(nèi)芯的約束造成的。按表 1 中各 復(fù)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(qiáng)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(qiáng) 度分別為 0.67 MPa ,0.42 MPa 和 0.45 MPa 。
表 1 的強(qiáng)度約束 系數(shù)也可以用來(lái)描述復(fù)合板內(nèi)芯的疲勞極限 , 而且內(nèi)芯和xy 的等高線(xiàn)分布圖。這些力學(xué)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(qiáng)度設(shè)計(jì)中，有無(wú)限壽命設(shè)計(jì)(將工作應(yīng)力限制在疲勞極限以下，即假設(shè)零件無(wú)初始裂紋，也不發(fā)生疲勞破壞，壽命是無(wú)限的)和有限壽命設(shè)計(jì)(采用超過(guò)疲勞極限的工作應(yīng)力，以適應(yīng)一些更新周期短或一次消耗性的產(chǎn)品達(dá)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(jì)得壽命較短而重量較輕)。損傷容限設(shè)計(jì)是在材料實(shí)際上存在初始裂紋的條件下，以斷裂力學(xué)為理論基礎(chǔ)，以斷裂韌性試驗(yàn)和無(wú)損檢驗(yàn)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(yīng)大于兩個(gè)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(kuò)展到危險(xiǎn)程度的機(jī)會(huì)。疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)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(jì)，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(shí) , 凹陷深度約為 4 mm , 而 N f = 1.65 × 10 4 時(shí) , 局部壓縮的發(fā)展已停止 , 分別見(jiàn)圖 ) 。當(dāng) N f = 1.7 × 10 4 時(shí)裂紋在內(nèi)芯區(qū)域里研究循環(huán)彎曲條下三層復(fù)合板的斷裂損 傷過(guò)程 , 并對(duì)其疲勞強(qiáng)度特征進(jìn)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(fù)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(gè)下標(biāo)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(zhǎng)度和寬度分別是 130 mm 和 25 mm 。內(nèi)芯由線(xiàn) 割加工而成 , 每個(gè)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(shù)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(fù)合板在 175 ℃ 下固化 1 個(gè)小時(shí) , 加工完成
