工程师将高强度铝合金疲劳寿命提高了25倍

  • 莫纳什大学的工程师已经证明高强度铝合金的疲劳寿命提高了25倍,这对全球运输业而言是一个重大成果。
  • 铝合金轻巧,无磁性,并且具有出色的耐腐蚀性。但是,它们的疲劳性能差。
  • 研究人员能够制造出可以在运行中愈合的铝合金微结构。

莫纳什大学工程师进行的一项全球首次研究表明,高强度铝合金的疲劳寿命提高了25倍,这对运输制造业而言是一个重大成果。

研究人员于(2020年10月15日,星期四)发表在著名的《自然通讯》杂志,证明高强度铝合金的疲劳性能差是由于被称为“沉淀自由区”(PFZs)的薄弱环节所致。

由澳大利亚莫纳什大学材料科学与工程学教授克里斯托弗·哈钦森教授领导的团队能够制造铝合金微结构,该微结构可以在运行中修复薄弱环节(即一种自修复形式)。

与当前最先进的合金相比,高强度铝合金的使用寿命可提高25倍。

铝合金是当今使用的第二流行的工程合金。与钢相比,它们重量轻(密度的1/3),无磁性且具有出色的耐腐蚀性。

铝合金对于运输应用很重要,因为它们很轻,可以提高燃油效率。但是,与类似强度的钢相比,它们的疲劳性能非常差。

所有工程合金的故障中有百分之八十是由于疲劳引起的。疲劳是由于交变应力而引起的故障,在制造和工程行业中是很重要的。

疲劳失效会分阶段发生。替代应力导致微塑性(由于应力而发生永久性变化),并在材料的薄弱环节以塑性局部化的形式积累损伤。塑性定位会催化疲劳裂纹。该裂纹扩展并导致最终断裂。

研究人员使用市售的AA2024,AA6061和AA7050铝合金,在疲劳的早期周期中利用赋予材料的机械能来修复微观结构(PFZ)中的薄弱点。

工程师将高强度铝合金疲劳寿命提高了25倍

三种铝合金的疲劳强度和拉伸强度之间的关系

这极大地延迟了塑性的定位和疲劳裂纹的产生,并延长了疲劳寿命和强度。

随着对节油,轻便和耐用的飞机,汽车,卡车和火车的需求不断增长,这些发现对于运输制造业可能是重要的。

该研究表明,在动态载荷应用中,铝合金的微观结构设计发生了概念上的变化。

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研究人员没有设计出坚固的微观结构,而是希望它在疲劳载荷期间尽可能长时间地保持稳定,研究人员意识到,微观结构会因动态载荷而改变,因此,他们设计了一种初始的微观结构(可能具有较低的静态强度),会发生变化,从而显着改善其疲劳性能。

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