王龍， 李志強(qiáng)， 吳建國(guó)， 馮國(guó)林， 封雪

（北京強(qiáng)度環(huán)境研究所可靠性與環(huán)境工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100076）

鋁硅合金高周疲勞損傷的微觀機(jī)理

王龍， 李志強(qiáng)， 吳建國(guó)， 馮國(guó)林， 封雪

（北京強(qiáng)度環(huán)境研究所可靠性與環(huán)境工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100076）

鋁硅合金被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天等領(lǐng)域，其在服役中常常需要承受高周疲勞載荷。對(duì)鋁硅合金高周疲勞損傷微觀機(jī)理的深入理解，將為鋁硅合金鑄造工藝的改進(jìn)和疲勞壽命的預(yù)測(cè)提供重要的依據(jù)。文中在近年來(lái)國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地總結(jié)了鑄造缺陷、微觀組成和微觀特性對(duì)鋁硅合金高周疲勞損傷微觀機(jī)理的影響，為鋁硅合金的基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用提供了一定的參考。

鋁硅合金；高周疲勞；微觀結(jié)構(gòu)；損傷機(jī)理；鑄造缺陷

0 引 言

鋁硅合金具有高強(qiáng)度比、良好的機(jī)械加工性能、抗腐蝕能力強(qiáng)、高電/熱傳導(dǎo)性等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]，因此近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)[2]、航空航天[3]等領(lǐng)域。鋁硅合金在服役中常常需要承受疲勞載荷，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的鑄造鋁硅合金燃燒室需要在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)承受?chē)?yán)重的交變載荷。因此，在工程應(yīng)用中需要關(guān)注鋁硅合金的疲勞性能。

銅、鎳、鎂等合金元素常常被加入到鋁硅合金中，形成各種各樣的微觀組成[4]，進(jìn)而達(dá)到改進(jìn)性能的目的。在鑄造過(guò)程中，鑄造缺陷也是無(wú)法避免的[5]。因此，鋁硅合金常常具有非常復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)（如孔、氧化物等鑄造缺陷，硅顆粒、含鐵的金屬間化合物、含銅相、含鎂相等硬質(zhì)夾雜）[6]。而這些微觀結(jié)構(gòu)以及一些微觀特性（如晶界、滑移帶、二次支晶臂間距等）也往往會(huì)對(duì)鋁硅合金的疲勞損傷產(chǎn)生重要的影響。弄清這些微觀結(jié)構(gòu)和微觀特征對(duì)鋁硅合金疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展影響的微觀機(jī)理，一方面將有助于為鋁硅合金鑄造工藝的改進(jìn)提供幫助，另一方面也為鋁硅合金的疲勞壽命預(yù)測(cè)提供依據(jù)。本文在國(guó)外近年的研究成果基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地總結(jié)了鋁硅合金高周疲勞損傷的微觀機(jī)理。

1 鑄造缺陷的影響

疲勞裂紋傾向于在鋁硅鑄造合金微觀結(jié)構(gòu)的非均勻位置出現(xiàn)[7]，如晶界、表面缺陷、夾雜[8]。然而，當(dāng)合金中存在大的鑄造缺陷時(shí)，鑄造缺陷一般會(huì)成為疲勞裂紋萌生點(diǎn)的首選[9]。因此鑄造缺陷往往被認(rèn)為是影響鋁硅合金疲勞性能最主要的因素。

1.1 孔

大量研究[10-12]表明，孔嚴(yán)重地決定了鋁硅合金的疲勞行為。Boileau和Allison[11]的研究表明和有孔的鋁硅合金（非熱等靜壓工藝）相比，沒(méi)有孔的鋁硅合金（采用熱等靜壓工藝）的抗疲勞性能和強(qiáng)度得到提升。而文獻(xiàn)［13］的定量研究則發(fā)現(xiàn)，孔的出現(xiàn)大約降低了40%的疲勞極限。

在高周疲勞中，孔不僅經(jīng)常是疲勞主裂紋的萌生點(diǎn)[14]，而且也加速了疲勞裂紋的擴(kuò)展過(guò)程[15]。Borbely[16]的研究表明，孔的存在增加了足夠的應(yīng)力集中，從而促使裂紋的萌生。而Li[17]的研究表明孔和裂紋尖端之間的相互作用產(chǎn)生的局部應(yīng)力應(yīng)變集中主導(dǎo)了裂紋的擴(kuò)展。

孔的位置、尺寸、數(shù)量和形狀被認(rèn)為是影響疲勞行為的4個(gè)主要因素：

位置。位于表面[18]或接近[13]試樣表面的孔常常是最危險(xiǎn)的缺陷。它們產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中最有可能導(dǎo)致裂紋的萌生并減少疲勞壽命。

尺寸。在Yi[19]的疲勞試驗(yàn)研究中，所有的疲勞裂紋均萌生于位于表面或接近表面的大尺寸孔。Ammar[14]和Wang[15]的研究均表明疲勞壽命隨著表面孔尺寸的增加而減小。Dietrivh[20]的研究則表明分散的小尺寸孔并不影響疲勞行為。事實(shí)上，大量研究[15,21-22]表明，如果孔的尺寸低于某一特定值，孔對(duì)疲勞行為不會(huì)產(chǎn)生較大影響甚至沒(méi)有影響，疲勞裂紋也不會(huì)在孔的位置萌生。例如，在Wang[15]和Zhang[21]的研究中，這一關(guān)鍵尺寸均為25 μm，而Mu[22]的研究則表明,并不降低疲勞強(qiáng)度的孔的最大尺寸（300±100 μm）接近于鋁硅合金的晶粒尺寸（259～573 μm）,但遠(yuǎn)大于二次支晶臂間距（38 μm）。

數(shù)量。大量的孔會(huì)減小材料的有效承載面積，因此孔的數(shù)量對(duì)疲勞行為有影響[23]。

形狀?？椎男螤钜矔?huì)影響疲勞行為，因?yàn)橐粋€(gè)形狀尖銳的孔更易于產(chǎn)生應(yīng)力集中。但是Gall等則認(rèn)為，相比于尺寸等其它因素，孔的形狀對(duì)于裂紋萌生的影響可以忽略。

1.2 氧化膜

和孔相比，氧化膜對(duì)于鋁硅合金疲勞性能的影響要小[9,24]。氧化膜的位置和尺寸是影響疲勞行為最主要的兩個(gè)因素[9,19]。隨著氧化膜尺寸的增加，疲勞壽命減??；而位于表面和接近表面的氧化膜也常常成為裂紋萌生的位置。類似于孔，氧化膜也存在一個(gè)關(guān)鍵尺寸，如果氧化膜的尺寸小于這個(gè)關(guān)鍵尺寸，疲勞裂紋將從其它微觀組成萌生[15]。在Wang[15]的研究中，氧化膜的這一關(guān)鍵尺寸為50 μm，這是同種材料孔的關(guān)鍵尺寸的2倍，這也間接地說(shuō)明了為什么氧化膜對(duì)疲勞行為的影響要比孔小。

2 微觀組成/特性的影響

除了鑄造缺陷，硬質(zhì)夾雜、二次支晶臂間距、晶界等合金的微觀組成和特性也可能對(duì)疲勞性能產(chǎn)生影響。它們除了會(huì)對(duì)疲勞裂紋的擴(kuò)展產(chǎn)生影響[14]，在缺少大尺寸鑄造缺陷的情況下，硬質(zhì)夾雜和滑移帶可能會(huì)成為裂紋萌生點(diǎn)[19]。

2.1 硬質(zhì)夾雜

2.1.1 共晶硅顆粒

在沒(méi)有大尺寸鑄造缺陷（氧化物或孔）的情況下，高應(yīng)力集中更易于在共晶硅區(qū)域產(chǎn)生，大尺寸硅顆粒經(jīng)常會(huì)成為疲勞裂紋萌生點(diǎn)[25-29]。無(wú)論疲勞裂紋萌生于鑄造缺陷還是硬質(zhì)夾雜（硅顆?；蚱渌鼕A雜），硅經(jīng)常會(huì)對(duì)裂紋的擴(kuò)展產(chǎn)生影響[11，30]。硅不僅可以作為疲勞擴(kuò)展路徑[21]，也可以因其高強(qiáng)度和高硬度而阻礙裂紋的擴(kuò)展[29]。

硅顆粒的尺寸和曲率對(duì)合金的疲勞性能有著顯著的影響[31-32]。大曲率的硅顆粒非常利于裂紋的萌生，因此，含有小尺寸且光滑硅顆粒的Sr改性合金要比未經(jīng)Sr改性的合金具有更長(zhǎng)的疲勞壽命[33]。增加硅顆粒的尺寸或者減小硅顆粒之間的間距，會(huì)增大局部的應(yīng)力應(yīng)變集中，進(jìn)而降低合金的疲勞性能[13]。發(fā)生于硅顆粒的裂紋萌生和擴(kuò)展可能是脫黏的形式，也可能是斷裂的形式，這主要取決于這些顆粒的尺寸、形狀、朝向以及載荷條件、鋁基體-顆粒界面強(qiáng)度等因素[34]。

2.1.2 含鐵的金屬間化合物

位于共晶區(qū)域的含鐵的金屬間化合物增加了局部的應(yīng)力水平和塑性應(yīng)變，因此使得疲勞破壞極限減小了20%[13]。含鐵的金屬間化合物除了可以和硅顆粒相互作用影響疲勞裂紋的擴(kuò)展[11，14]，也可以在沒(méi)有大尺寸鑄造缺陷的情況下，成為疲勞裂紋的萌生點(diǎn)[24,28]。α相和β相是鋁硅合金中含鐵的金屬間化合物的兩種常見(jiàn)形式，由于β相的形貌更加尖銳，因此往往會(huì)比α相帶來(lái)更有害的影響[35]。

在高鐵含量的合金中，大尺寸的含鐵金屬間化合物顆粒促進(jìn)疲勞裂紋的萌生，因此增加鐵含量降低疲勞萌生壽命[19]。此外，在高鐵含量水平和低冷卻速率的合金中，裂紋萌生更傾向于β相的斷裂而不是β相和鋁基體之間的脫粘[28]。

2.1.3 含銅相和含鎂相

在鋁硅合金中，銅和鎂有時(shí)分別存在于兩種相中，如Al2Cu相和Mg2Si相[36]，有時(shí)存在于同一相中，如AlCuMgSi相。在文獻(xiàn)中，位于含銅相或含鎂相的疲勞裂紋路徑均被觀測(cè)到[37]，但是疲勞裂紋卻很少被觀測(cè)到在這些相中萌生。在低鐵含量和高冷卻速率的鋁硅合金中，裂紋萌生于一種未改性A319合金的Al2Cu顆粒中[28]。

這些顆粒的形狀和線性關(guān)系是影響顆粒斷裂和脫粘的主導(dǎo)因素[25]。然而Fan[38]的研究表明，特別是在高周疲勞中，和顆粒間距以及數(shù)量等因素相比，曲率在1.0～1.65范圍的顆粒曲率影響是很小的。

2.2 微觀特性

除了硬質(zhì)夾雜，在沒(méi)有大尺寸鑄造缺陷的情況下，二次支晶臂間距（Secondary Dendrite Arm Spacing，SDAS）、滑移帶和晶界也會(huì)對(duì)疲勞性能產(chǎn)生影響。

2.2.1 二次支晶臂間距

一些研究人員[33,39]建議使用二次支晶臂間距來(lái)預(yù)測(cè)含有大尺寸孔和沒(méi)有大尺寸孔的A356合金的疲勞壽命。

在文獻(xiàn)［33］中，在沒(méi)有大尺寸孔的情況下，裂紋萌生于滑移帶或者氧化膜，對(duì)于Sr改性和未改性的二次支晶臂間距與疲勞壽命之間呈現(xiàn)圖1中的關(guān)系。在未改性的合金中，無(wú)論在粗糙還是精細(xì)結(jié)構(gòu)中，疲勞壽命隨著SDAS的增加而減?。欢谥械瘸叽鏢DAS的結(jié)構(gòu)中，疲勞壽命幾乎不隨SDAS的改變而改變。在Sr改性的精細(xì)結(jié)構(gòu)中，疲勞壽命隨著SDAS的增加而減小，但在粗糙結(jié)構(gòu)中，疲勞壽命隨著SDAS的增加而增加。

圖1 Sr改性和未改性的A356-T6合金的疲勞壽命與SDAS之間的關(guān)系[33]

SDAS對(duì)疲勞行為的影響因素主要包括：滑移帶距離、共晶顆粒和樹(shù)突胞/晶粒邊界之間的角度關(guān)系等[33，40]。在粗糙的結(jié)構(gòu)中，位錯(cuò)和樹(shù)突胞邊界和位錯(cuò)之間的相互影響主導(dǎo)了名義應(yīng)力。位錯(cuò)的滑移距離隨著SDAS的增加而增加，硬化速率和名義應(yīng)力因此降低。在精細(xì)的結(jié)構(gòu)中，硬化主要受位錯(cuò)和晶界之間的關(guān)系主導(dǎo)，位錯(cuò)滑移距離要更長(zhǎng)，硬化速率和名義應(yīng)力要比粗糙結(jié)構(gòu)中低。而對(duì)于中等尺寸SDAS的合金中，由于胞邊界“開(kāi)始明顯”，位錯(cuò)和胞邊界之間的相互影響取代了位錯(cuò)和晶界之間的相互關(guān)系[41]，產(chǎn)生了最大的名義應(yīng)力。因此在精細(xì)結(jié)構(gòu)中微裂紋延晶界產(chǎn)生，而在粗糙結(jié)構(gòu)中在胞邊界的位置產(chǎn)生[33]。在未改性的合金中，大尺寸和延長(zhǎng)的共晶顆粒導(dǎo)致在小尺寸SDAS下胞邊界變清楚，因此導(dǎo)致一個(gè)更小的中等SDAS間距。而這些顆粒也會(huì)在非常粗糙的微觀結(jié)構(gòu)中減小疲勞壽命。

在大尺寸孔存在的合金中，疲勞壽命與SDAS存在著特殊的規(guī)律[39]。如果SDAS的尺寸小于30 μm，疲勞壽命隨著SDAS輕微波動(dòng)。當(dāng)SDAS超過(guò)30 μm，在應(yīng)力循環(huán)比為1的高周疲勞中，疲勞壽命大約減小了100倍。當(dāng)SDAS小于27 μm時(shí)，疲勞裂紋萌生于接近表面或位于表面的共晶區(qū)域。當(dāng)SDAS超過(guò)30 μm，孔成為裂紋萌生的主導(dǎo)因素。30 μm的SDAS對(duì)應(yīng)的孔的關(guān)鍵尺寸為80～100 μm，這可以被用來(lái)預(yù)測(cè)鑄造合金疲勞行為的參數(shù)。

2.2.2 滑移帶和晶界

在文獻(xiàn)［14］中，在沒(méi)有大尺寸鑄造缺陷的情況下，由于表面的滑移帶產(chǎn)生了高應(yīng)力區(qū)域，因此裂紋在滑移帶萌生。

位于孔邊緣的朝向有利的晶界容易成為裂紋的萌生點(diǎn)[42]，裂紋的擴(kuò)展也傾向于沿著晶界[30]，然而晶界有時(shí)也會(huì)成為阻礙裂紋擴(kuò)展的障礙[23，30，42]。

3 結(jié)論

各種各樣的鑄造缺陷、硬質(zhì)夾雜和微觀特性對(duì)鋁硅合金的高周疲勞性能有著重要的影響。超過(guò)特定尺寸的孔、氧化物等鑄造缺陷最有可能成為疲勞裂紋的萌生點(diǎn)，而孔的影響要比氧化物的影響更大。尺寸、位置、數(shù)量和形狀是鑄造缺陷影響疲勞性能的4個(gè)主要參數(shù)。在沒(méi)有大尺寸鑄造缺陷的情況下，硅顆粒、含鐵的金屬間化合物、含銅相等硬質(zhì)夾雜以及晶界和滑移帶等也可能成為裂紋的萌生點(diǎn)。無(wú)論裂紋在哪里萌生，裂紋傾向于沿著硬質(zhì)夾雜、晶界等進(jìn)行擴(kuò)展，而硬質(zhì)夾雜和晶界也可能成為阻礙裂紋擴(kuò)展的障礙。硬質(zhì)夾雜的尺寸、形狀和朝向影響著硬質(zhì)夾雜的損傷機(jī)理（脫黏或斷裂）。在不同的鋁硅合金中，SDAS對(duì)疲勞壽命有著不同的影響。掌握這些鋁硅合金高周疲勞損傷微觀機(jī)理，對(duì)鋁硅合金鑄造工藝的優(yōu)化和疲勞壽命預(yù)測(cè)都將是非常重要的。

[1] Department of defense, U.S.A. Military standardization handbook:aluminum and aluminum alloys[R].Department of defense,U.S.A.,1966.

[2] MILLER W S,ZHUANG L,BOTTEMA J,et al.Recent development in aluminium alloys for the automotive industry[J].Mater.Sci.Eng.A,2000,280(1):37-49.

[3] HEINZ A,HASZLER A,KEIDEL C,et al.Recent development in aluminium alloys for aerospace applications[J].Mater.Sci.Eng.A,2000,280(1):102-107.

[4] WANG L,LIMODIN N,BARTALI A E,et al.Influence of pores on crack initiation in monotonic tensile and cyclic loadings in lost foam casting A319 alloy by using 3D in-situ analysis[J].Mater.Sci.Eng.A,2016,673:362-372.

[5] WANG Q.Latest advances and developments in aluminum shape casting[J].China Foundry,2013,10(1):43-49.

[6] WANG L.Influence of the casting microstructure on damage mechanisms in Al-Si alloys by using 2D and 3D in-situ analysis[D].France:Ecole Centrale de Lille,2015.

[7] LEI F.Effect of Non-metallic Inclusions on the Local Stress Concentration within Materials[J].Journal of Mechanical Engineering,2013,49(8):41.

[8] GALL K,HORSTEMEYER M F,DEGNER B W,et al.On the driving force for fatigue crack formation from inclusions and voids in a cast A356 aluminum alloy[J].International Journal of Fracture,2001,108(3):207-233.

[9] Wang Q G,Crepeau P N,Davidson C J,et al.Oxide films,pores and the fatigue lives of cast aluminum alloys[J].Metallurgical&Materials Transactions B,2006,37(6):887-895.

[10]CATY O,BUFFIERE J Y,MAIRE E,et al.3D Characterization of the Influence of Porosity on Fatigue Properties of a Cast Al Alloy[J].Advanced Engineering Materials,2011,13(3):194-198.

[11]BOILEAU J M,ALLISON J E.The effect of solidification time and heat treatment on the fatigue properties of a cast 319 aluminum alloy[J].Metallurgical&Materials Transactions A,2003,34(9):1807-1820.

[12]NICOLETTO G,ANZELOTTIG,KONECNA R.X-ray computed tomography vs.metallography for pore sizing and fatigue of cast Al-alloys[J].Procedia Engineering,2010,2(1):547-554.

[13]GAO Y X,YI J Z,LEE P D,et al.A micro-cell model of the effect of microstructure and defects on fatigue resistance in cast aluminum alloys[J].Acta Materialia,2004,52(19):5435-5449.

[14]AMMAR H R,SAMUEL A M,SAMUEL F H.Effect of casting imperfections on the fatigue life of 319-F and A356-T6 Al-Si casting alloys[J].Materials Science&Engineering A,2008,473(1):65-75.

[15]WANG Q G,APELIAN D,LADOS D A.Fatigue behavior of A356-T6 aluminum cast alloys.Part I.Effect of casting defects[J].Journal of Light Metals,2001,1(1):73-84.

[16]BORB?LY A,MUGHRABI H,EISENMEIER G,et al.A finite element modelling study of strain localization in the vicinity of near-surface cavities as a cause of subsurface fatigue crack initiation[J].International Journal of Fracture,2002,115(3):227-232.

[17]LI P,LEE P D,MAIJER D M,et al.Quantification of the interaction within defect populations on fatigue behavior in an aluminum alloy[J].Acta Materialia,2009,57(12):3539-3548.

[18]AMMAR H R,SAMUEL A M,SAMUEL F H.Porosity and the fatigue behavior of hypoeutectic and hypereutectic aluminumsilicon casting alloys[J].International Journal of Fatigue,2008,30(6):1024-1035.

[19] YI J Z,GAO Y X,LEE P D,et al.Scatter in fatigue life due to effects of porosity in cast A356-T6 aluminum-silicon alloys[J].Metallurgical&Materials Transactions A,2003,34(9):1879-1890.

[20]DIETRICH L,RADZIEJEWSKA J.Thefatiguedamage development in a cast Al-Si-Cu alloy[J].Materials&Design,2011,32(1):322-329.

[21]ZHANG H,TODA H,HARA H,et al.Three-Dimensional Visualization of the Interaction between Fatigue Crack and Micropores in an Aluminum Alloy Using Synchrotron X-Ray Microtomography[J].Metallurgical&Materials Transactions A,2007,38(8):1774-1785.

[22]MU P,NADOT Y,NADOT-MARTIN C,et al.Influence of casting defects on the fatigue behavior of cast aluminum AS7G06-T6[J].International Journal of Fatigue,2014,63(4):97-109.

[23]BUFFI?RE JY,SAVELLIS,JOUNEAU P H,etal.Experimental study of porosity and its relation to fatigue mechanisms of model Al-Si7-Mg0.3 cast Al alloys[J].Materials Science&Engineering A,2001,316(1-2):115-126.

[24] SONG M S,KONG Y Y,RAN M W,et al.Cyclic stress-strain behavior and low cycle fatigue life of cast A356 alloys[J].International Journal of Fatigue,2011,33(12):1600-1607.

[25]GALL K,HORSTEMEYER M,MCDOWELL D L,et al.Finite element analysis of the stress distributions near damaged Si particle clusters in cast Al-Si alloys[J].Mechanics of Materials,2000,32(5):277-301.

[26]STOLARZJ,MADELAINE-DUPUICH O,MAGNIN T.Microstructural factors of low cycle fatigue damage in two phase Al-Si alloys[J].Materials Science&Engineering A,2001,299(1):275-286.

[27]MCDOWELL D L,GALL K,HORSTEMEYER M F,et al.Microstructure-based fatigue modeling of cast A356-T6 alloy[J].Engineering Fracture Mechanics,2003,70(1):49-80.

[28] MA Z,SAMUEL A M,DOTY H W,et al.Effect of Fe content on the fracture behaviour of Al-Si-Cu cast alloys[J].Materials&Design,2014,57(5):366-373.

[29] ZENG L,SAKAMOTO J,FUJII A,et al.Role of eutectic silicon particles in fatigue crack initiation and propagation and fatigue strength characteristicsofcastaluminum alloy A356[J].Engineering Fracture Mechanics,2014,115(1):1-12.

[30]CHAN K S,JONES P,WANG Q.Fatigue crack growth and fracture paths in sand cast B319 and A356 aluminum alloys[J].Materials Science&Engineering A,2003,341(1-2):18-34.

[31] SAIGAL A,FULLER Jr E R.Analysis of stresses in aluminumsilicon alloys[J].Computational Materials Science,2001,21(1):149-158.

[32]FAN J,MCDOWELL D L,HORSTEMEYER M F,et al.Computational micromechanics analysis of cyclic crack-tip behavior for microstructurally small cracks in dual-phase Al-Si alloys[J].Engineering Fracture Mechanics,2001,68(15):1687-1706.

[33]WANG Q G,APELIAN D,LADOS D A.Fatigue behavior of A356/357 aluminum cast alloys. Part II - Effect of microstructural constituents[J].Journal of Light Metals,2001,1(1):85-97.

[34]MBUYA T O.Analysis of microstructure and fatigue micromechanisms in cast aluminium piston alloys [D].U.K.:University of Southampton,2011.

[35]BELMARES-PERALES S,CASTRO-ROMAN M,HERRERATREJO M,et al.Effect of cooling rate and Fe/Mn weight ratio on volume fractions of α -AlFeSi and β -AlFeSi phases in Al?7.3Si?3.5Cu alloy[J].Metals&Materials International,2008,14(3):307-314.

[36]TABIBIAN S.ContributionstoThermomechanicalFatigue Criteria for Lost Foam Casting Aluminum Alloys[D].France:Ecole Centrale de Lille,2011.

[37]ARAMIH,KHALIFEHZADEH R,AKBARIM,etal.Microporosity control and thermal-fatigue resistance of A319 aluminum foundry alloy[J].Materials Science&Engineering A,2008,472(1-2):107-114.

[38]FAN J,MCDOWELL D L,HORSTEMEYER M F,et al.Cyclic plasticity at pores and inclusions in cast Al-Si alloys[J].Engineering Fracture Mechanics,2003,70(10):1281-1302.

[39]ZHANG Bin,CHEN,POIRIER.Effect of solidification cooling rate on the fatigue life of A356.2-T6 cast aluminium alloy[J].Fatigue& Fracture of Engineering Materials& Structures,2000,23(5):417-423.

[40]HULL D, BACON D J. Introduction to Dislocations(Butterworth-Heinemann)[R].Elsevier Ltd.,2001.

[41]CACERES C H,GRIFFITHS J R,REINER P.The influence of microstructure on the Bauschinger effect in an Al-Si-Mg casting alloy[J].Acta Materialia,1996,44(1):15-23.

[42]BUFFIERE J Y.Experimental study of the three-dimensional character of short fatigue,cracks in a cast aluminium alloy[J].Revue De Métallurgie,2004,101(9):623-635.

Damage Micromechanisms of Al-Si Alloys in High Cycle Fatigue

WANG Long,LI Zhiqiang,WU Jianguo,FENG Guolin,FENG Xue
（Science and Technologyon Reliabilityand Environmental EngineeringLaboratory,BeijingInstitute ofStructure and Environment Engineering,Beijing100076,China）

Al-Si alloys are widely used in industry,e.g.automobiles and aerospace,and often undergo High Cycle Fatigue(HCF)loadings in service environments.Understanding the damage micromechanisms of Al-Si alloys in HCF provides important evidences for casting process improvement and fatigue life prediction.The damage micromechanisms of Al-Si alloys in HCF are summarized in this paper by referring the recent research results abroad,and thus give references for the basic research and engineering applications of Al-Si alloys.

Aluminum silicon alloy;high cycle fatigue(HCF);microstructures;damage mechanisms;casting defects

TG 113.25;TG 146.2

A

1002－2333（2018）01－0129－04

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目（9140C93*************）；國(guó)家留學(xué)基金（2011008113）

（編輯昊 天）

王龍（1987—），男，工程師，博士，從事鋁硅合金失效機(jī)理和實(shí)驗(yàn)力學(xué)的研究工作。

2017-03-11