本文關鍵詞：超聲沖擊對轉向架焊接十字接頭表層組織及超高周疲勞性能的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：常規(guī)疲勞設計準則是以小于107循環(huán)周次為基礎建立的,但它們不適用于焊接結構在超長壽命服役的情況,因此需提出新的規(guī)范。由于高速列車迅速發(fā)展,超高周疲勞行為研究成為確保高速列車轉向架長期穩(wěn)定運行的重要課題。在服役期內(nèi)轉向架需經(jīng)受109~1010周次而不發(fā)生疲勞破壞。轉向架的制造采用焊接的方法,但焊接接頭又是焊接結構的薄弱環(huán)節(jié)。超聲沖擊是一種有效的焊接后處理工藝,能夠提高焊接接頭的疲勞強度。本文采用高速列車轉向架用鋼SMA490BW的焊接試樣,采用熔化極惰性氣體保護焊(MIG)焊接試樣。本文采用超聲沖擊設備處理焊接接頭,并研究超聲沖擊對試樣超高周疲勞性能的影響。采用超聲疲勞試驗設備研究試樣的超高周疲勞性能,由于超聲疲勞試驗的加載頻率很高,適用于試樣超長周次疲勞試驗。采用JSM-6360LA型掃描電鏡分析試樣的斷口形貌。采用JEM-2100型透射電鏡觀察沖擊后焊趾表面的微觀組織結構。相比于焊態(tài)試樣,超聲沖擊處理能夠明顯提高試樣的疲勞強度,疲勞強度提高了25%。無論在低應力范圍還是高應力區(qū),焊態(tài)試樣的裂紋源數(shù)量為多個,而沖擊試樣的裂紋源數(shù)量為單個。焊態(tài)試樣的裂紋起源于焊趾表面因小焊趾半徑而引起的應力集中處。超聲沖擊試樣的裂紋源位置同樣位于焊趾表面處,是由于沖擊在焊趾表面產(chǎn)生劇烈的塑性變形產(chǎn)生微觀裂紋而引起的應力集中。試樣疲勞強度的提高主要由于沖擊修整焊趾處外形、表面納米化、表面靜強度的提高和誘發(fā)產(chǎn)生殘余壓應力。沖擊態(tài)試樣相比于焊態(tài)試樣,焊趾角減小了17%,焊趾半徑增大了430%,促使焊趾處的應力集中明顯降低,因此降低了疲勞裂紋萌生的概率。超聲沖擊降低了焊趾區(qū)域的殘余拉應力,轉變?yōu)闅堄鄩簯?降低了185.9%。殘余壓應力的產(chǎn)生降低了實際施加在試樣上的載荷。超聲沖擊在試樣表層引入塑性變形,增加了位錯密度和位錯的交互作用。這些交互作用增加了試樣外表面的顯微硬度,比未處理試樣增加了47.3%。表面靜強度的提高阻礙了裂紋擴展。超聲沖擊能在試樣表面產(chǎn)生劇烈的塑性變形而形成一層納米晶,沖擊參數(shù)為10min/1.5A時的表面晶粒尺寸為30 nm。SMA490BW鋼焊接焊趾表面納米化機理與產(chǎn)生的高密度位錯,高密度位錯纏結和位錯墻相關。來回循環(huán)沖擊加劇了試樣表面的塑性變形,導致晶粒細化。由于先前的沖擊產(chǎn)生位錯纏結和位錯墻,不利于進一步的塑性變形,繼續(xù)沖擊使表面吸收更多能量。因此,沿深度方向遠離表面區(qū)域的晶粒由于塑性變形小而不能被細化,形成呈梯度變化的晶粒分布。
【關鍵詞】：超聲沖擊 超高周疲勞 殘余壓應力 晶粒細化
【學位授予單位】：華東交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG405;TB559
【目錄】：

• 摘要3-5
• abstract5-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 前言9
• 1.2 母材超高周疲勞研究概況9-12
• 1.2.1 超高周疲勞裂紋萌生10-11
• 1.2.2 超高周疲勞裂紋擴展11-12
• 1.3 超聲沖擊處理焊接接頭研究概況12-15
• 1.4 焊接接頭超高周疲勞研究概況15-17
• 1.5 超聲沖擊對鋼表面摩擦磨損性能影響研究概況17-18
• 1.6 本文研究的目的和主要內(nèi)容18-20
• 第二章 超聲疲勞試驗技術20-25
• 2.1 超聲疲勞試驗原理20-22
• 2.2 超聲疲勞試樣的解析計算22-25
• 第三章 超聲疲勞試驗25-42
• 3.1 SMA490BW鋼板狀母材超聲疲勞試驗25-28
• 3.1.1 試驗條件25-26
• 3.1.2 試驗結果26-27
• 3.1.3 疲勞S-N數(shù)據(jù)及分析27-28
• 3.2 SMA490BW鋼十字焊接接頭超聲疲勞試驗28-32
• 3.2.1 試驗條件28-29
• 3.2.2 試驗結果29-30
• 3.2.3 疲勞S-N數(shù)據(jù)及分析30-32
• 3.3 SMA490BW鋼沖擊態(tài)十字接頭超聲疲勞試驗32-40
• 3.3.1 試驗條件32
• 3.3.2 試驗結果32-35
• 3.3.3 疲勞S-N數(shù)據(jù)及分析35-40
• 3.4 結論40-42
• 第四章 疲勞斷口分析42-60
• 4.1 SMA490BW鋼母材疲勞斷口42-47
• 4.2 SMA490BW鋼焊態(tài)疲勞斷口47-53
• 4.3 SMA490BW鋼沖擊態(tài)疲勞斷口53-59
• 4.4 結論59-60
• 第五章 超聲沖擊SMA490BW焊接接頭焊趾表面晶粒細化機理60-67
• 5.1 沖擊態(tài)試樣焊趾區(qū)域低倍顯微組織結構60-62
• 5.2 沖擊態(tài)試樣焊趾區(qū)域高倍微觀組織結構62-65
• 5.3 沖擊態(tài)試樣焊趾區(qū)域晶粒細化機理65-66
• 5.4 結論66-67
• 第六章 超聲沖擊對SMA490BW鋼其它性能的影響67-73
• 6.1 摩擦磨損67-71
• 6.1.1 實驗條件及方法67-68
• 6.1.2 微觀結構68
• 6.1.3 硬度試驗68-69
• 6.1.4 摩擦磨損試驗69-71
• 6.2 結論71-73
• 第七章 結論與展望73-75
• 7.1 主要工作回顧73-74
• 7.2 本課題今后需進一步研究的地方74-75
• 參考文獻75-81
• 個人簡歷 在讀期間發(fā)表的學術論文81-82
• 致謝82

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本文編號：368436