７Ａ０４鋁 合 金 因 其 重 量 輕、強度高和耐腐蝕性 強等優點被廣泛應用于航空航天領域，主要用于 飛行蒙皮、機身和起落架等。由于受到沿海、大氣等 環境影響，導致飛機在服役過程中易發生應力腐蝕 開裂（ＳＣＣ），且 ＳＣＣ 發 生 前 無 任 何 預 兆，致 使 預 防 變得十分困難，經常帶來嚴重的經濟損失。特別是 在高空飛行時，整個機身都處于０ ℃以下的低溫環 境中，可能加劇材料的應力腐蝕開裂。因此，研究低 溫環境對７Ａ０４鋁合金在ＳＳＲＴ 過程中裂紋萌生與 擴展規律的影響十分重要。
１ 實驗
１．１ 實驗材料與試劑
采用７Ａ０４鋁合金試樣，材料的化學成分如表１ 所示。
將７Ａ０４鋁 合 金 板 材 按 照 ＧＢ／Ｔ２２８．１－２０１０ 《金屬材料拉伸試驗第 １ 部 分：室 溫 試 驗 方 法》和 ＨＢ７２３５－１９９５《慢應變速率應力腐蝕試驗方法》加 工成試樣，其尺寸如圖１所示。
１．２ 實驗方法
使用 ＮＫＫ－４０５０微機電子式慢應變應力腐蝕 試驗機研究低溫對７Ａ０４鋁合金試樣在 ＳＳＲＴ 過程 中裂 紋 萌 生 和 擴 展 規 律 的 影 響，并 使 用 ＸＯＤＣ－ ２０３０－ＩＩ高低溫循環一體機對溶液溫度進行控制。 經過處理的鋁合金樣品在以下兩種條件下進行 試驗研究：
１）將其放在不同溫度的３．５％ＮａＣｌ溶液 （溶劑為 防 凍 液）中 進 行 ＳＳＲＴ 試 驗，拉 伸 速 率 為 ３μｍ／ｍｉｎ；
２）將其放在不同溫度的３．５％ＮａＣｌ溶液 （溶劑為防凍液）中進行ＳＳＲＴ 試驗，不加載應力。 在溫度分別為２５、－５、－１０、－１５℃條件下，在 ３．５％ＮａＣｌ溶液中對７Ａ０４鋁合金試樣進行 ＳＳＲＴ 研究，對同一實驗條件下分別采用加載應力和不加 載應力兩種方式分別進行原位電化學阻抗譜測試， 并計算不同溫度條件下的應力腐蝕敏感性，應力腐 蝕敏感性系數用公式ＩＳＳＲＴ ＝１－σｅｍ （１＋δｅｍ ） σｉｍ （１＋δｉｍ ）表示 （其中δｅｍ 和δｉｍ 是環境介質和惰性介質中的延伸率；σｅｍ 和σｉｍ 是環境介質和惰性介質中的斷裂強度）。
１．３ 電化學測試
采用三電極 體 系，工 作 電 極 為７Ａ０４鋁 合 金 試 樣測量段，輔助電極為碳棒，參比電極為銀－氯化鉀 電極，試驗裝置如圖２所示。 電化學制樣：用 無 水 乙 醇 和 丙 酮 清 洗７Ａ０４鋁 合金試樣表面，再 使 用 超 聲 波 清 洗 機 清 洗１５ ｍｉｎ。 在實驗中不測量的試樣部分絕緣并用絕緣膠密封， 待絕緣膠完全固化后，將試樣密封。
１．４ 微觀組織形貌觀察
切割鋁合金試樣斷口，用酒精和丙酮清洗，再使用超聲波清洗機(KQ-500DE，昆山舒美實驗設備有限公司)清 洗 ２０ ｍｉｎ，冷 風 吹 干，通 過 ＨｉｔａｃｈｉＳ－３４００Ｎ 型掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ）觀 察 斷 口形貌。
２ 結果與分析
因此在－１５～２５℃范圍內，隨著溫度降低，斷裂 類型由混合型轉變為單一型，但當溫度下降到－５ ℃ 以下后，斷口開始表現出脆性特征，斷裂時間減少。 原因可能為在低溫條件下，鋁合金試樣的塑性和韌 性降低，脆性增加，導致材料在應力水平較低的情況 下更容易發生斷裂。為了定量預測出７Ａ０４鋁合金試樣在 ＳＳＲＴ 過 程中裂紋萌生與擴展時刻，每隔３０ｍｉｎ對加載應力 和未加載應力的鋁合金試樣各進行一次電化學阻抗 譜的測量，得到相位隨頻率變化的曲線，然后選擇頻 率分別為１０、１００、１０００ Ｈｚ的 相 位 值，得 到 加 載 應 力和未加載應力條件下每隔３０ｍｉｎ的相位值，從而 得到相位值隨時間變化的曲線，再將在同一時刻的 加載應力和未加載應力的相位值進行做差處理得到 相移隨時間變化的曲線。為不同溫度下裂紋萌生和明顯擴展時刻的 比較。通過相移法分析可知在低溫條件下，溫度的 降低會促進裂紋的萌生和擴展，溫度越低對裂紋萌 生和擴展的促進效果越強。導致該結果產生的原因 可能為：溫度越低，點蝕坑的形成越多，并且點蝕 坑尺寸增大、深度增大，小的點蝕坑融合形成大的點 蝕坑，同時溫度降低導致氧氣溶解度升高，促進陰極 反應。這表 明 溫 度 的 降 低 會 降 低 鋁 合 金 的 耐 腐 蝕 性，縮短裂紋萌生與明顯擴展時刻。因此，在低溫條 件下，溫度的降低縮短了裂紋萌生和擴展時刻，明顯 降低了鋁合金的耐腐蝕性。
３ 結論
１）７Ａ０４鋁合金在不同溫度條件下的應力腐蝕 敏感性的大小關系為２５ ℃＞－１５ ℃＞－１０ ℃＞ －５ ℃。通過ＳＥＭ 斷口分析可知，溫度的降低會改 變斷裂 方 式，表 現 為 從 混 合 斷 裂 向 脆 性 穿 晶 斷 裂 發展。
２）由一種電化學阻抗譜的原位解析方法可知， 溫度的降低可以有效地抑制裂紋萌生和明顯擴展， 具體表現為溫度越低對裂紋萌生和擴展的抑制效果 越不明顯，其中－５ ℃時抑制效果最強。可 將 整 個 ＳＣＣ過程大致分為四個階段即氧化膜溶解、裂紋萌 生、動態平衡、裂紋明顯擴展。
３）通過 Ｋｒａｍｅｒｓ－Ｋｒｏｎｉｇ轉 換 驗 證 了 不 同 溫 度 下電化學阻抗譜實驗值的可靠性。
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