沖擊載荷作用下鋁合金強(qiáng)度分析

張　長(zhǎng)（青海大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，青?！∥鲗帯?10016）

沖擊載荷作用下鋁合金強(qiáng)度分析

張長(zhǎng)
（青海大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，青海西寧810016）

摘要：鋁合金具有強(qiáng)度高，有較輕的自重，良好的防腐蝕性，良好的可模性等特點(diǎn)。但它在抗疲勞性方面是較差的，對(duì)溫度的影響也是比較敏感的，本文主要提出鋁合金材料在載荷作用下的強(qiáng)度問(wèn)題，進(jìn)而找出控制以及解決的主要措施。

關(guān)鍵詞：鋁合金；載荷作用；分析研究

鋁合金材料在當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用，主要都是應(yīng)用在玻璃幕墻以及一些具有大跨度的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，但是在鋁合金在加工的過(guò)程當(dāng)中也會(huì)發(fā)生變形等問(wèn)題，這也是有待解決的，一般主要的影響因素則是殘余應(yīng)力而造成的。對(duì)鋁合金造成強(qiáng)度影響的因素會(huì)存在很多，在尺寸，應(yīng)力，環(huán)境以及溫度方面都會(huì)受到影響，所以在想得到更好的應(yīng)用，則必須要進(jìn)行更為深入的研究分析。

一、鋁合金的主要特點(diǎn)

鋁合金在應(yīng)用時(shí)具有幾方面的特點(diǎn)，它可降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重量，可以提高低溫結(jié)構(gòu)的性能，可以降低運(yùn)輸費(fèi)用，可以改善地震烈度的強(qiáng)度，提高質(zhì)量，可以提高結(jié)構(gòu)的壽命。但是這種材料也存在一定的缺點(diǎn)：（1）具有較強(qiáng)的溫度敏感性。鋁合金這種材料，它的線膨脹系數(shù)是非常強(qiáng)的，是鋼材的幾倍，也就是說(shuō)它的溫度會(huì)更加敏感。（2）較差的抗疲勞性。由于鋁合金這種材料極易會(huì)產(chǎn)生裂紋，就算是在靜力載荷下也會(huì)發(fā)生這種問(wèn)題，所以它的敏感系數(shù)也非常高。此外，還有其它幾方面的影響，一方面，如果受到大氣的影響時(shí)，在鋁合金的表面會(huì)出現(xiàn)氧化的成份，而這種成份會(huì)對(duì)材料進(jìn)行一定的保護(hù)，避免腐蝕。所以我們可以看出，鋁合金這種材料有著很好的抗腐蝕性，起到一定的防護(hù)作用。另一方面，由于這種材料具有很好的質(zhì)感與光澤，也具有良好的反射性，達(dá)到電解著色和氧化，有著裝飾的效果。再與鋼材這種材料相比較，它的弱點(diǎn)就是沒(méi)有鋼的強(qiáng)度大，由于它的密度只是鋼材的一半，但是在現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)當(dāng)中鋁合金的強(qiáng)度則會(huì)大于碳素鋼。如果是應(yīng)用鋁合金來(lái)替代其它材料一般可降低自重。如果應(yīng)用在加工方面時(shí)，它具有擠壓成型的特點(diǎn)，而鋼材卻很難達(dá)到。

二、鋁合金的載荷沖擊影響

鋁合金結(jié)構(gòu)的材料如果承受了多次的荷載時(shí)，它的斷面就會(huì)較低，因?yàn)榈膽?yīng)力會(huì)小于試件的強(qiáng)度，一但屈服點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)就會(huì)給它造成一定的破壞，當(dāng)出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，也就是我們所說(shuō)疲勞現(xiàn)象，會(huì)對(duì)強(qiáng)度造成一定的影響。所謂的結(jié)構(gòu)疲勞指的就是在載荷的作用下會(huì)形成裂紋現(xiàn)象，這也是一種疲勞的過(guò)程。一般斷裂會(huì)和疲勞相結(jié)合，不是分開(kāi)的。發(fā)生裂紋時(shí)也就是所說(shuō)的斷裂擴(kuò)散，體現(xiàn)在幾個(gè)方面：（1）試件會(huì)分為幾個(gè)尺寸，所以可以用高應(yīng)力區(qū)體積進(jìn)行解釋，而這方面也是影響疲勞性最主要的一個(gè)方面，在相同的應(yīng)力水平下，隨著增大的尺寸其材料的體積也會(huì)提高，如果這種材料是在高應(yīng)力區(qū)較為薄弱的位置出現(xiàn)疲勞時(shí)，在它最薄弱以及出現(xiàn)缺陷的位置高應(yīng)力區(qū)也會(huì)隨著提高，因此，較小尺寸的試件在疲勞度上會(huì)好于大試件的抗力，就是說(shuō)如果壽命在相同的條件下，大尺寸的試件就會(huì)減少它的強(qiáng)度，并且壽命也會(huì)跟著下降。（2）由于在重量方面鋁合金材料是較輕的，所以它也具有這方面的優(yōu)勢(shì)，在安裝時(shí)比較簡(jiǎn)單，在加工時(shí)比較方便，制作構(gòu)件可以降低上部的載荷程度，沒(méi)有抗沖擊的能力。如果是在施工期間就會(huì)減少它的勞動(dòng)強(qiáng)度，也就是說(shuō)勞動(dòng)強(qiáng)度會(huì)影響到材料的抗疲勞度以及應(yīng)力的大小，這是決定性的一個(gè)因素，所以，在材料發(fā)生缺陷時(shí)或者是在高應(yīng)力區(qū)就極易會(huì)發(fā)生強(qiáng)度的損失，因此，壽命相同的條件下，在循環(huán)載荷的影響下就會(huì)給鋁合金造成彎曲現(xiàn)象，也就會(huì)降低了它的疲勞強(qiáng)度。（3）通常情況下，在材料的表面就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋的問(wèn)題，所以如果要提升它的抗疲勞性，就必須要強(qiáng)它的光潔度，一般所應(yīng)用的方法就是在高應(yīng)力表面應(yīng)用到一定的殘余應(yīng)力，從而來(lái)提高它的使用壽命。（4）材料的曲線通常都可以在空氣環(huán)境以及室溫的條件下得到，也就是說(shuō)在腐蝕介質(zhì)的影響下，酸堿溶液，海水等一些環(huán)境下受到的疲勞環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生一定的不利影響。如果在溫度降低時(shí)，就是提高金屬材料的疲勞感，也會(huì)影響到它的極限度，同時(shí)隨著溫度的變化降低，也會(huì)降低材料的斷裂性，此時(shí)的材料也就產(chǎn)生了一種脆性。如果材料有裂紋出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生失穩(wěn)斷裂的問(wèn)題。如果出現(xiàn)一定的高溫時(shí)，同樣會(huì)降低材料的強(qiáng)度，發(fā)生蠕變，產(chǎn)生疲勞感。（5）在載荷發(fā)生的初期，在表面會(huì)發(fā)生塑性變形，因?yàn)樗牟牧鲜禽^軟的，如果發(fā)生沖擊時(shí)它的表面會(huì)非常光滑的，當(dāng)在變形層發(fā)生滑移或者是錯(cuò)位時(shí)，這些現(xiàn)象必須會(huì)出現(xiàn)纏結(jié)以塞集的問(wèn)題，也就是在材料的表面產(chǎn)生了硬化問(wèn)題。如果是在干接觸的條件下，發(fā)生了數(shù)次的沖擊以后，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物的表面以粉末的產(chǎn)物造成流失，也就是數(shù)次發(fā)生變形以后而導(dǎo)致的磨損現(xiàn)象，載荷受到了沖擊。

三、鋁合金的強(qiáng)度影響

所謂的沖擊載荷指的就是在材料的表面在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)給零件的表面造成一定的磨損，當(dāng)這種磨損失效時(shí)，也就出現(xiàn)了沖擊載荷，一般在工程當(dāng)中這種現(xiàn)象是非常普遍的，這種磨損問(wèn)題也是了解最少的。在我國(guó)當(dāng)前的研究分析來(lái)看，一般探析的就是對(duì)沖擊磨損的疲勞度，在鋁合金材料當(dāng)中疲勞強(qiáng)度則最重要的一項(xiàng)指標(biāo)，如果指標(biāo)要達(dá)到一定的強(qiáng)度就必須要滿足幾方面的要求。（1）當(dāng)發(fā)生載荷沖擊影響下，凹坑會(huì)在短時(shí)間里產(chǎn)生很大的變形，同時(shí)塑性會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，，并且產(chǎn)生的熱量會(huì)傳遞到邊緣，所以，就會(huì)形成了凸起的現(xiàn)象，也就是我們所說(shuō)的彩虹環(huán)。如果在很高黏度的潤(rùn)滑油影響下，就會(huì)產(chǎn)生很多的熱量，從而就會(huì)產(chǎn)生很高的凸起現(xiàn)象。（2）如果在干接觸影響下，會(huì)對(duì)材料的表面造成一定的損傷，也就加劇了載荷的沖擊次數(shù)，如果在這時(shí)應(yīng)用了潤(rùn)滑劑，則可以降低對(duì)表面的傷害，也減少了變形問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

鋁合金是較為新型的一種材料，它比其它材料的性能要好，它的特點(diǎn)就是強(qiáng)度高，有較輕的自重，良好的防腐蝕性，良好的可模性，以及方便回收等一些特點(diǎn)。通過(guò)實(shí)踐證明，振動(dòng)時(shí)效是最有效的一種抗載荷方法，通常情況下，如果發(fā)生載荷的作用時(shí)，材料會(huì)發(fā)生硬化以及循環(huán)變形等現(xiàn)象，同時(shí)也就會(huì)降低材料的殘余應(yīng)力，由于在當(dāng)前情況下，并沒(méi)有一種方法可以完全消除這種作用，這也是需要我們解決的。

參考文獻(xiàn)

[1]魏偉，陳學(xué)奎.影響疲勞性能的幾個(gè)因素[J].化學(xué)與材料工程，2009（11）.

中圖分類號(hào)：TG174

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

基金項(xiàng)目：青海省科技廳“123科技支撐平臺(tái)建設(shè)計(jì)劃”資助項(xiàng)目“高檔臥式加工中心可靠性分析與試驗(yàn)技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)2012-G-Y-25A-8）。