高速列车用A7N01铝合金焊接接头疲劳性能的研究

论文摘要

随着高速列车提速的要求,铝合金材料已批量应用于高速列车制造中。由于高速列车特殊的运行条件,铝合金材料焊后的疲劳性能得到了有关学者的普遍关注。本文首先通过MIG焊接技术对5mm厚高速列车用A7N01铝合金板材进行了对接焊接,获得了无缺陷焊件;然后利用金相技术结合TEM和XRD技术分析了铝合金A7N01焊接接头在热循环作用下微观组织的变化;最后分别对A7N01铝合金的母材和焊接接头试样进行疲劳试验,描绘出部分S-N曲线并对疲劳断口进行SEM观察,以分析其疲劳性能。研究结果表明:利用MIG焊可以得到焊接质量比较好的铝合金焊接接头,拉伸试验结果和显微硬度测试表明A7N01铝合金焊接接头的焊缝区成为薄弱环节;在焊接热循环的作用下,A7N01铝合金焊接接头分为热影响区、焊缝区以及母材区,在不同的区域有着不同的显微组织结构、第二相分布,焊缝中心为等轴晶组织,焊缝边缘形成了柱状晶。熔合区形成柱状晶粒,熔合区存在严重的化学不均匀性和物理不均匀性;疲劳结果显示,母材和焊接接头的疲劳断口都包括三部分,即疲劳裂纹萌生区、疲劳扩展区和瞬断区,并且各个区域有着不同的断口性貌;由于焊缝边缘微观组织的不均匀性,焊接接头疲劳裂纹易于在此处产生,进而向焊缝处扩展,最终断裂;焊接接头和母材的裂纹都是在第二相处萌生,由于在焊接热循环的作用下,焊接试样焊缝处有更粗大的晶粒以及焊缝边缘出第二相粒子的长大,使焊接接头的疲劳裂纹萌生以及扩展更加容易进行,从而使焊接接头的疲劳寿命短于母材,疲劳性能严重下降。为提高A7N01铝合金焊件的疲劳性能,必须寻求更为先进的焊接方法或者完善焊接工艺等,以减少焊接热循环作用对焊缝处的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 高速列车用铝合金
• 1.1.1 铝合金车体用在高速列车上的优点
• 1.1.2 A7N01 铝合金
• 1.2 铝合金的焊接技术
• 1.2.1 铝合金的焊接特点
• 1.2.2 铝合金的常用焊接方法
• 1.2.3 铝合金的MIG 焊
• 1.3 铝合金的疲劳性能
• 1.3.1 铝合金疲劳性能的研究概况
• 1.3.2 影响铝合金焊接接头疲劳性能的因素
• 1.4 本论文研究的目的和意义、目标、内容及拟解决的关键问题
• 1.4.1 本论文研究的目的及意义
• 1.4.2 本论文的研究目标
• 1.4.3 论文研究的内容
• 第二章 试验原理及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 焊接试验
• 2.2.1 试验方法
• 2.2.2 焊接工艺与技术
• 2.3 测试方法
• 2.3.1 拉伸力学性能测试
• 2.3.2 焊接接头显微硬度测试
• 2.3.3 焊接接头金相显微试验和场发射SEM 试验
• 2.3.4 焊接接头XRD 和TEM 试验
• 2.4 疲劳试验
• 2.4.1 疲劳测试
• 2.4.2 疲劳断口SEM 分析
• 第三章 A7N01 铝合金焊接接头力学性能与显微组织分析
• 3.1 A7N01 铝合金拉伸性能以及焊接接头显微硬度分析
• 3.1.1 A7N01 铝合金拉伸性能结果
• 3.1.2 A7N01 铝合金焊接接头显微硬度分布
• 3.2 A7N01 铝合金焊接接头金相以及 SEM 分析
• 3.3 A7N01 焊接接头 XRD 和 TEM 分析
• 3.3.1 A7N01 焊接接头 XRD 分析结果
• 3.3.2 A7N01 焊接接头 TEM 分析结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 A7N01 铝合金焊接接头疲劳性能分析
• 4.1 疲劳试验结果
• 4.2 疲劳断口分析
• 4.2.1 A7N01 铝合金母材疲劳断口SEM 分析
• 4.2.2 A7N01 铝合金焊接接头疲劳断口SEM 分析
• 4.3 A7N01 铝合金疲劳性能分析
• 4.3.1 疲劳试样的S-N 曲线
• 4.3.2 焊接过程对A7N01 铝合金疲劳性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文