（西南交通大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610031）

（西南交通大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610031）

為正確評價超高周范圍內(nèi)帶缺口的5083-H111鋁合金疲勞強度的降低程度和疲勞強度對缺口的敏感程度，用20 kHz的超聲疲勞實驗技術(shù)分別對漏斗形光滑試件、缺口（2種）試件進行了105～1010周次的對稱拉壓超聲疲勞實驗，并用掃描電鏡分析了疲勞斷口形貌.結(jié)果表明：在1010周次內(nèi)，光滑和缺口試件疲勞曲線分別表現(xiàn)出極限平臺型和連續(xù)下降型特征，缺口顯著降低了5083-H111鋁合金的疲勞性能；絕大部分試件疲勞裂紋萌生于表面，斷口上沒有觀察到“魚眼”形貌特征.理論應(yīng)力集中系數(shù)為1.94的試件疲勞弧線成凹形，理論應(yīng)力集中系數(shù)為2.90的試件裂紋源分布在斷口四周；不同的疲勞裂紋萌生機制使得缺口應(yīng)力集中對疲勞性能的影響規(guī)律不同，對于只有一種表面裂紋萌生機制的5083-H111鋁合金，超高周范圍內(nèi)疲勞缺口系數(shù)和疲勞缺口敏感系數(shù)均隨著疲勞壽命的增加而增加.

5083-H111鋁合金；超高周疲勞；疲勞斷口；缺口應(yīng)力集中；疲勞缺口系數(shù)；疲勞缺口敏感系數(shù)

實際工程構(gòu)件常常帶有拐角、臺階、螺栓孔等缺陷，這些缺陷稱為缺口.缺口處幾何形狀發(fā)生突變，局部區(qū)域應(yīng)力顯著升高，產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中對構(gòu)件疲勞壽命影響很大.5083-H111鋁合金是常用于高速列車等設(shè)備的新型鋁合金，有良好的抗腐蝕性、可焊接性、中等強度和質(zhì)量輕等特點.以時速為300 km的我國高速列車為例，一年服役期內(nèi)關(guān)鍵構(gòu)架材料的實際使用壽命已經(jīng)達(dá)到了108周次，這要求車體材料有更好的疲勞性能.超高周疲勞研究表明，一些材料，如高強度鋼［1］、合金鋼［2］、鈦合金、鋁合金［3-5］等，在大于107周次的超高周范圍內(nèi)會出現(xiàn)疲勞破壞，疲勞應(yīng)力壽命S-N曲線在傳統(tǒng)常規(guī)疲勞極限后仍會下降，疲勞裂紋萌生機理也趨向于在斷口次表面或者內(nèi)部萌生［6］.

目前對鋁合金超高周疲勞性能的研究不及鋼的研究深入，特別是在超高周范圍內(nèi)（疲勞壽命Nf＞107周次），由于受傳統(tǒng)實驗頻率的限制，很少學(xué)者開展1010超高周范圍內(nèi)缺口應(yīng)力集中對疲勞性能影響的研究.因此，研究5083-H111鋁合金超高周范圍內(nèi)疲勞性能及缺口應(yīng)力集中對疲勞性能的影響，預(yù)測構(gòu)件的壽命，評估安全性和可靠性具有重大意義.本文采用超聲疲勞實驗技術(shù)［7］研究5083-H111鋁合金光滑和缺口試件105～1010范圍內(nèi)的超高周疲勞性能，并得到缺口應(yīng)力集中對疲勞性能的影響規(guī)律及機理，同時用掃描電鏡觀察疲勞斷口，揭示其疲勞裂紋萌生機理.

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料

研究所用材料為5083-H111鋁合金軋制板材，主要化學(xué)成分（質(zhì)量百分比）見表1.

表1 5083-H111鋁合金化學(xué)成分Tab.1 Composition of 5083-H111 aluminum alloy wB%

5083-H111鋁合金供貨狀態(tài)為H111，即退火后再進行適量的加工硬化，但硬化程度不如H11狀態(tài)的鋁合金.5083-H111為擠壓態(tài)，沿著擠壓方向有纖維狀組織.晶粒受到塑性擠壓，呈長條狀，常規(guī)力學(xué)性能見表2，表中：E為彈性模量；σs為屈服強度；σb為抗拉強度；ρ為密度.

表2 5083-H111鋁合金常規(guī)力學(xué)性能Tab.2 Material properties of the 5083-H111 aluminum alloy

1.2 試件形狀和尺寸

實驗用試件如圖1所示，有2種形狀3種尺寸.圖1（a）為漏斗光滑試件，圖1（b）為中間含等直段的漏斗缺口試件，缺口形狀為“U”型缺口.

根據(jù)超聲疲勞實驗原理，試件第1階縱向振動頻率需滿足系統(tǒng)諧振頻率的要求.根據(jù)超聲疲勞試件解析解得到滿足諧振條件的漏斗形光滑試件尺寸［8］，解析計算時試件中間變截面為懸鏈線，但機加工懸鏈線非常困難，因此用圓弧代替，這種代替對試件的諧振頻率和應(yīng)力位移系數(shù)的影響可以略去不計［9］.用有限元軟件Ansys精確計算滿足諧振條件的試件尺寸，如圖1所示.對漏斗缺口試件（圖1（b）），設(shè)計兩種尺寸，其中：試件直徑Φ1、Φ2和圓弧半徑R相同，Φ1=12 mm，Φ2=10 mm，R= 260 mm；試件①，r=1.6 mm，L=53.6 mm，d= 0.3 mm；試件②，r=0.5 mm，L=57.2 mm，d= 0.2 mm.

用有限元分析軟件Ansys分析試件縱向振動過程中應(yīng)力分布規(guī)律，試件中間截面應(yīng)力最大，位移為0.中間截面最大應(yīng)力幅σmax與端部輸入位移幅A0應(yīng)滿足［8］

式中：Cs為試件的應(yīng)力位移系數(shù)，MPa/μm，與材料密度、試件尺寸及動態(tài)彈性模量有關(guān)的量.

根據(jù)式（1）可得到外加應(yīng)力幅值.經(jīng)有限元軟件Ansys計算，漏斗光滑試件的Cs=8.31 MPa/μm.對于缺口試件，當(dāng)A0=1 μm時，分別得到2種缺口試件缺口根部對應(yīng)截面的最大應(yīng)力（σmax）、平均應(yīng)力（σm）和理論應(yīng)力集中系數(shù)（Kt），見表3.

圖1 5083-H111鋁合金對稱拉壓超聲疲勞試件Fig.1 Tension-compression ultrasonic fatigue specimens of 5083-H111 aluminum alloy

表3 2種缺口試件理論應(yīng)力集中系數(shù)和應(yīng)力位移系數(shù)Tab.3 The stress displacement coefficient and theoretical stress concentration coefficient of two types of notched specimens

1.3 宏觀實驗方法

用20 kHz的超聲疲勞實驗技術(shù)分別對3種試件進行105～1010周次的對稱拉壓疲勞實驗.試件加工采用縱向切割，機械加工保證試件表面光滑度達(dá)到0.32 μm，光滑試件在實驗前分別用400#、800#、1 500#金相砂紙打磨試件表面.實驗環(huán)境為室溫，振動過程中試件會升溫，而5083-H111鋁合金發(fā)熱量小，采用壓縮空氣制冷足以保證試件表面溫度與環(huán)境溫度相當(dāng).

1.4 微觀實驗方法

用掃描電鏡（scanning electron microscopy，SEM）分別對光滑試件和缺口試件的疲勞斷口進行觀察，確定疲勞裂紋萌生位置，得到裂紋源區(qū)、擴展區(qū)及瞬斷區(qū)形貌特征，研究5083-H111鋁合金疲勞裂紋萌生機理.

2 實驗結(jié)果

2.1 疲勞S-N曲線

圖2為5083-H111鋁合金漏斗形光滑和缺口試件在對稱拉壓載荷下105～1010周次內(nèi)疲勞S-N曲線.圖2中，實心標(biāo)記的試件為未斷裂試件；疲勞壽命為對數(shù)坐標(biāo)；實線均為Basquin方程擬合得到，σa=σ′f（2Nf）b，這里，σa為應(yīng)力幅值，σ′f為疲勞強度系數(shù)，b為疲勞強度指數(shù)，Nf為疲勞壽命，方程式參數(shù)見表4.

圖2 5083-H111鋁合金光滑和缺口試件疲勞S-N曲線（實心標(biāo)記試件為未斷裂試件）Fig.2 S-N diagrams for smooth and notched specimens of 5083-H111 aluminum alloy（solid marks for non-broken specimens）

表4 3種試件S-N曲線Basquin方程式參數(shù)Tab.4 Basquin equation parameters of S-N diagrams for three kinds of specimens

由圖2可見：

（1）通常傳統(tǒng)常規(guī)疲勞實驗認(rèn)為，107周次范圍內(nèi)鋁合金疲勞S-N曲線為連續(xù)下降型，即只有條件疲勞極限，但超聲疲勞實驗得到的結(jié)果表明，直到109周次，光滑試件和缺口試件S-N曲線形式不同，因此，進行超高周疲勞實驗研究具有重要意義；

（2）漏斗形光滑試件疲勞S-N曲線呈現(xiàn)“極限平臺型”，疲勞壽命大于107周次后S-N曲線出現(xiàn)水平平臺，條件疲勞極限為176 MPa；

（3）理論應(yīng)力集中系數(shù)Kt=1.94和Kt=2.90的兩組缺口實驗，疲勞S-N曲線呈現(xiàn)“連續(xù)下降型”，壽命大于107周次后，疲勞S-N曲線下降的趨勢變緩；

（4）缺口顯著降低5083-H111鋁合金的疲勞性能，在本文研究范圍內(nèi)，理論應(yīng)力集中系數(shù)越大，疲勞性能越差.

2.2 疲勞斷口形貌

5083-H111鋁合金疲勞斷口顯微分析表明，光滑試件和缺口試件疲勞裂紋絕大多數(shù)萌生于試件表面，個別萌生于次表面夾雜等缺陷處，如圖2中，3種試件斷口形貌不同，1#試件沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)部萌生現(xiàn)象，也沒有觀察到“魚眼”形貌［10］.圖3為Nf= 7.296×106周次、σa=176 MPa時，漏斗形光滑試件疲勞斷口形貌（圖2中2#試件）.

圖3 光滑試件疲勞斷口形貌（Kt=1）Fig.3 Fracture morphology of smooth specimens with Kt=1

圖3（a）為疲勞斷口低倍形貌圖，疲勞斷口呈現(xiàn)典型的對稱拉壓疲勞斷口形貌，圖3（b）為疲勞裂紋源區(qū)，裂紋萌生于試件表面，圖3（c）為疲勞裂紋穩(wěn)定擴展區(qū)，可見疲勞輝紋形貌.可以用Laird提出的“裂尖塑性鈍化模型”來解釋疲勞輝紋的形成.由于壓縮時的裂紋閉合銳化，不能完全消除拉伸時裂紋尖端由于雙滑移而發(fā)生的塑性鈍化，在拉壓循環(huán)載荷反復(fù)作用下，裂紋向前持續(xù)擴展，導(dǎo)致疲勞輝紋的形成［11］.

圖4為Kt=1.94、σa=79 MPa、Nf=2.376× 108周次時，試件斷口SEM形貌圖（圖2中3#試件）.

圖4 缺口試件疲勞斷口形貌（Kt=1.94）Fig.4 Fracture morphology of notched specimens with Kt=1.94

圖4（a）表明，疲勞裂紋在試件表面萌生，觀察到從源區(qū)起始的由高度不同的疲勞區(qū)擴展匯合時相交形成的疲勞溝線，斷口上存在多個裂紋源.由于應(yīng)力集中的存在使得疲勞弧線成凹形，弧線從疲勞裂紋源區(qū)向擴展區(qū)凹起，與此相反，光滑試件的疲勞弧線多呈凸形，如圖3（a）所示.通過對缺口根部所在截面應(yīng)力分析可知，缺口根部所在截面從試件中間到邊緣應(yīng)力急劇增加，使疲勞裂紋沿外緣表面的擴展速率大于向內(nèi)部的擴展速率，從而使弧線成凹形.多源形核也使得疲勞弧線從凸向凹轉(zhuǎn)變［11］.

圖4（b）表明，對于面心立方晶體，在裂紋早期擴展階段易呈現(xiàn)類解理斷裂小平面，同時觀察到二次裂紋.

圖5為Kt=2.90、σa=75 MPa、Nf=2.870× 105周次時，試件斷口SEM形貌圖（圖2中4#試件）.Kt=2.90時，試件的疲勞斷口形貌不同于Kt=1.94試件的疲勞斷口形貌，沿圓周存在多個疲勞裂紋源，中部偏白粗糙區(qū)域為瞬斷區(qū)，裂紋源區(qū)與瞬斷區(qū)之間為疲勞擴展區(qū).高應(yīng)力和高缺口應(yīng)力集中系數(shù)使得疲勞多源形核，導(dǎo)致了如圖5（a）所示的疲勞斷口形貌.在超高周范圍內(nèi)，通常認(rèn)為裂紋萌生壽命占總壽命的90%以上［12］，所以疲勞裂紋源區(qū)裂紋擴展速率很慢，裂紋反復(fù)張開閉合引起斷口反復(fù)摩擦，從圖5（b）可見裂紋源區(qū)磨損嚴(yán)重，斷口平整光滑.

圖5 缺口試件疲勞斷口形貌（Kt=2.90）Fig.5 Fracture morphology of notched specimens with Kt=2.90

用掃描電鏡觀察5083-H111鋁合金疲勞斷口，可以觀察到帶狀組織，并呈現(xiàn)明顯的軋制形貌，如圖3（c）、4（b）所示，材料組織均勻，幾乎沒有夾雜、空洞等組織缺陷，裂紋內(nèi)部萌生機制不占優(yōu)勢.而且，鋁合金對試件表面完整性非常敏感［13］，在表面萌生機制和內(nèi)部萌生機制的競爭中，表面萌生機制占優(yōu)勢.因此，5083-H111鋁合金疲勞裂紋大部分從試件的表面萌生，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部萌生裂紋的試件，即只有一種表面裂紋萌生機制.

3 缺口應(yīng)力集中對5083-H111鋁合金疲勞性能的影響

通常用疲勞缺口系數(shù)Kf反映疲勞強度的降低程度，用疲勞缺口敏感系數(shù)q反映材料在循環(huán)載荷作用下的缺口敏感性，

式中：σ-1s為光滑試件疲勞極限；σ-1n為缺口試件疲勞極限.

根據(jù)5083-H111鋁合金光滑和缺口試件各階段、不同理論應(yīng)力集中系數(shù)下的Basquin方程（表4），計算給定壽命的條件疲勞極限，利用式（2）、（3），計算不同應(yīng)力集中系數(shù)下Kf和q值，Kf和q隨Nf的變化規(guī)律見圖6.

圖6 缺口應(yīng)力集中對5083-H111鋁合金疲勞性能的影響Fig.6 The influence of notch stress concentration on fatigue properties of 5083-H111 aluminum alloy

從圖6可見，缺口應(yīng)力集中對5083-H111鋁合金疲勞性能有顯著影響.在疲勞壽命小于5× 109周次范圍內(nèi)，隨著疲勞壽命的增加，疲勞缺口系數(shù)和疲勞缺口敏感系數(shù)增大.在5×109周次時達(dá)到極值.當(dāng)疲勞壽命為1010周次時，疲勞缺口系數(shù)和疲勞缺口敏感系數(shù)減小，即在1010周次范圍內(nèi)，缺口應(yīng)力集中對疲勞性能的影響先增大后減弱.107周次對應(yīng)的疲勞缺口系數(shù)分別是1.83和2.98，與兩種缺口試件的理論應(yīng)力集中系數(shù)相當(dāng).圖6（b）也表明5083-H111鋁合金對表面完整性非常敏感.

通常傳統(tǒng)常規(guī)疲勞在106～107周次內(nèi)，Kf達(dá)到極值后開始呈現(xiàn)下降趨勢，但受限于傳統(tǒng)疲勞實驗的較低加載頻率，很難得到大于107周次范圍內(nèi)的Kf和q隨疲勞壽命Nf的變化規(guī)律.徐灝［14］用傳統(tǒng)低頻疲勞實驗方法研究了40CrNiMoA鋼和30CrMnSiA鋼107周次范圍內(nèi)Kf隨疲勞壽命的變化規(guī)律.對于40CrNiMoA鋼，最大的Kf和q值出現(xiàn)在106周次附近，當(dāng)Nf＜106周次時，Kf隨著疲勞壽命的增加而增大，當(dāng)Nf＞106周次時，Kf隨著疲勞壽命的增加而減小，而且理論應(yīng)力集中系數(shù)Kt越大，疲勞缺口系數(shù)Kf越大.對于30CrMnSiA鋼，Kf和q均隨著疲勞壽命的增加而增大.

王弘等［15-16］利用超聲疲勞實驗技術(shù)研究了超高周范圍內(nèi)缺口應(yīng)力集中對40Cr鋼和50鋼疲勞性能的影響，得出缺口應(yīng)力集中對材料疲勞性能的影響表現(xiàn)出階段性特征的結(jié)論，即缺口應(yīng)力集中對疲勞性能的影響先增大，達(dá)到最大值后減小.

綜合5083-H111和40Cr鋼、50鋼的實驗結(jié)果，得出以下結(jié)論：缺口應(yīng)力集中對疲勞性能影響的規(guī)律與疲勞裂紋萌生機制有關(guān).對于存在表面和內(nèi)部（或次表面）兩種裂紋萌生機制的50鋼和40Cr鋼，最大的Kf和q值對應(yīng)疲勞裂紋由表面萌生向內(nèi)部萌生的轉(zhuǎn)變.在疲勞裂紋萌生于試件表面的低周階段，由于應(yīng)力較高，缺口根部應(yīng)力大于材料的屈服強度，發(fā)生塑性變形，缺口應(yīng)力集中對疲勞性能的影響較小，Kf值較??；高周階段，隨著外加應(yīng)力的減小，應(yīng)力集中的影響加大，缺口加速疲勞裂紋形成，Kf值增大.在疲勞裂紋萌生于次表面或者內(nèi)部的超高周階段，次表面或內(nèi)部成為薄弱區(qū)域，缺口根部產(chǎn)生的應(yīng)力集中對疲勞性能的影響程度降低，Kf隨著疲勞壽命的增加而減小.

對于只存在一種表面裂紋萌生機制的5083-H111鋁合金，低周階段，由于缺口根部發(fā)生塑性變形，缺口應(yīng)力集中對疲勞性能的影響較小，Kf值較?。辉诟咧芎统咧茈A段，由于疲勞裂紋均萌生于試件表面，缺口根部應(yīng)力集中的影響一直持續(xù)到5×109周次范圍內(nèi)，此范圍內(nèi)，Kf和q均隨著疲勞壽命的增加而增大.當(dāng)應(yīng)力再次下降，1010周次范圍內(nèi)試件未發(fā)生疲勞斷裂，缺口應(yīng)力集中對疲勞性能的影響減弱.

4 結(jié) 論

（1）在105～1010周次范圍內(nèi)，5083-H111鋁合金光滑試件疲勞S-N曲線呈現(xiàn)“極限平臺型”，缺口試件疲勞S-N曲線呈現(xiàn)“連續(xù)下降型”.

（2）缺口顯著降低5083-H111鋁合金的疲勞性能，本文研究范圍內(nèi)，理論應(yīng)力集中系數(shù)越大，疲勞性能越差.

（3）掃描電鏡分析表明絕大部分試件疲勞裂紋萌生于表面，沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)部萌生現(xiàn)象，也沒有觀察到“魚眼”形貌特征.

（4）光滑試件和理論應(yīng)力集中系數(shù)分別為1.94、2.90的2種缺口試件的疲勞斷口形貌不同.光滑試件呈現(xiàn)典型的對稱拉壓疲勞斷口；理論應(yīng)力集中系數(shù)為1.94的試件疲勞弧線成凹形；理論應(yīng)力集中系數(shù)為2.90的試件為多源形核，裂紋源分布在斷口圓周，瞬斷區(qū)在試件中部.

（5）不同的裂紋萌生機制使得缺口應(yīng)力集中對材料的影響不同，對于存在兩種裂紋萌生機制的材料，缺口應(yīng)力集中的影響表現(xiàn)出階段性特征.對于只存在一種疲勞裂紋表面萌生機制的5083-H111鋁合金，表面應(yīng)力集中的影響一直持續(xù)，Kf和q隨著疲勞壽命的增加而增大.

［1］ MATSUNAGA H，SUN C，HONG Y，et al.Dominant factors for very-high-cycle fatigue of high-strength steels and a new design method for components［J］.Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures，2015，38：1274-1284.

［2］ SAKAI T.Review and prospects for current studies on very high cycle fatigue of metallic materials for machine structural use［J］.Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering，2009，3（3）：425-439.

［3］ MAYER H，PAPAKYRIACOU M，PIPPAN R，et al. Influence of loading frequency on the high cycle fatigue properties of AlZnMgCu1.5 aluminium alloy［J］. Materials Science and Engineering A，2001，314： 48-54.

［4］ 閆桂玲，王弘，康國政，等.高速列車用6065A鋁合金超高周疲勞性能試驗研究［J］.中國鐵道科學(xué)，2014，35（1）：67-71.

YAN Guiling，WANG Hong，KANG Guozheng，et al. Experimental study on the very high cycle fatigue properties of 6065A aluminum alloy for high speed train［J］.China Railway Science，2014，35（1）：67-71.

［5］ 薛紅前.超聲振動載荷下材料的超高周疲勞性能研究［D］.西安：西北工業(yè)大學(xué)，2006.

［6］ WANG Q Y，BERARD J Y，BATHIAS C.High-cycle fatigue crack initiation and propagation behavior of highstrength spring steel wires［J］.Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures，1999，22：673-677.

［7］ MASON W P. Piezoelectric crystals and their application to ultrasonic［M］. New York： Van Nostrand，1950：161.

［8］ 閆桂玲.非對稱超高周疲勞實驗研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2005.

［9］ 王弘，高慶.超聲疲勞扭轉(zhuǎn)試樣諧振長度的解析法計算［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報，2001，36（6）：595-598.

WANG Hong，GAO Qing.Analytical solution of the resonance length for ultrasonic torsional fatigue samples［J］.Journal of Southwest Jiaotong University，2001，36（6）：595-598.

［10］ HONG Y，ZHAO A，QIAN G，ZHOU C.Fatigue strength and crack initiation mechanism of very-highcycle fatigue for low alloy steels［J］.Metallurgical and Materials Transactions A，2011，43（8）：2753-2762.

［11］ 鐘群鵬，趙子華.斷口學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2006：270-290.

［12］ HONG Y，LEI Z，SUN C，ZHAO A.Propensities of crack interior initiation and early growth for very-highcycle fatigue ofstrength steels［J］. International Journal of Fatigue，2014，58：144-151.

［13］ 陶華，薛紅前.鋁合金超聲疲勞行為研究［J］.機械強度，2005，2：236-239.

TAO Hua，XUE Hongqian.Study on the ultrasonic fatigue behavior of aluminum alloys［J］.Journal of Mechanical Strength，2005，2：236-239.

［14］ 徐灝.疲勞強度［M］.北京：高等教育出版社，1988：480-481.

［15］ 王弘，高慶.缺口應(yīng)力集中對40Cr鋼高周疲勞性能的影響［J］.機械工程材料，2004，28（8）：12-14.

WANG Hong， GAO Qing. Influence ofnotch concentration on the ultra-high-cycle fatigue behaviors of 40Cr steel［J］. Materials for Mechanical Engineering，2004，28（8）：12-14.

［16］ 王弘.40Cr、50車軸鋼超高周疲勞性能研究及疲勞機理探討［D］.成都：西南交通大學(xué)，2004.

缺口應(yīng)力集中對5083-H111鋁合金超高周疲勞性能的影響

閆桂玲， 王 弘， 康國政， 董軒成

Influence of Notch Stress Concentration on Fatigue Properties of 5083-H111 Aluminum Alloy in Very High Cycle Regime

YAN Guiling， WANG Hong， KANG Guozheng， DONG Xuancheng
（School of Mechanics and Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）

In order to correctly evaluate the reduction and sensitivity of fatigue strength to a notch of 5083-H111 aluminum alloy specimen in very high cycle regime，very high cycle fatigue tests were carried out by ultrasonic fatigue technique at a frequency of 20 kHz，using symmetric tensioncompression loading within 105-1010cycles for hourglass-type smooth specimens and two types of notched specimens.The scanning electron microscope（SEM）was used for analysis of the fracture morphology.The experimental results show that the S-N curves exhibited an extreme platform type for the smooth specimens and a continuous decline type for the notched specimens.The fatigue performances of the 5083-H111 aluminum alloy decreased significantly because of the notch stress concentration.Most of the cracks initiated in the surface，but the fish-eye morphology was not found. The macro fatigue striation was concave for the specimen with a theoretical stress concentration factor of 1.94，and the fatigue crack sources were distributed around the fracture surface in specimens with a theoretical stress concentration factor of 2.90.The influence of notch stress concentration on fatigue properties was dependent upon the mechanism of crack initiation.Since only one kind of surface crack initiation mechanism exists in 5083-H111 aluminum alloy，the fatigue notch coefficient and notch sensitivity coefficient increase with increasing number of cycles within the range of 109.

5083-H111 aluminum alloy；very high cycle fatigue；fracture morphology；notch stress concentration；fatigue notch coefficient；fatigue notch sensitive coefficient

0258-2724（2016）05-0944-07

10.3969/j.issn.0258-2724.2016.05.018

TG166.3

A

2015-11-25

國家自然科學(xué)基金資助項目（11025210）

閆桂玲（1979—），女，博士研究生，研究方向為材料的疲勞斷裂與損傷，E-mail：ygling@swjtu.cn

閆桂玲，王弘，康國政，等.缺口應(yīng)力集中對5083-H111鋁合金超高周疲勞性能的影響［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報，2016，51（5）：944-950.

（中文編輯：秦 瑜 英文編輯：蘭俊思）