本文關(guān)鍵詞：軌道交通用7N01鋁合金的應(yīng)力腐蝕性能研究

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【摘要】：7N01鋁合金最早是由日本開(kāi)發(fā)的軌道交通用高強(qiáng)鋁合金,是軌道車輛的重要承載結(jié)構(gòu)材料,常用于車體底框架橫梁。其具有高強(qiáng)度、良好的熱加工性能及優(yōu)良的焊接性能,但其易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC),會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。本文主要研究7N01鋁合金的SCC的機(jī)理與影響因素,并通過(guò)優(yōu)化合金成分及熱處理工藝,改善合金的顯微組織,達(dá)到提高7N01鋁合金抗SCC性能的目的。采用光學(xué)顯微鏡(OM)、電子掃描顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X射線熒光光譜儀分析了國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口7N01鋁合金的顯微組織及化學(xué)成分,通過(guò)X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行物相分析,采用同步熱分析儀(DSC)進(jìn)行了相變過(guò)程分析,采用慢應(yīng)變應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行慢應(yīng)變速率試驗(yàn)(SSRT),通過(guò)數(shù)字電導(dǎo)率儀、電化學(xué)工作站進(jìn)行電導(dǎo)率與動(dòng)電位極化曲線測(cè)試,采用熱模擬機(jī)研究了鋁合金在高溫加工過(guò)程中流變力學(xué)特性與組織演變規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,MgZn2是7N01鋁合金的主要強(qiáng)化相,當(dāng)Si含量過(guò)高,導(dǎo)致Mg與Si結(jié)合形成Mg2Si相,降低合金的抗拉強(qiáng)度及硬度。含F(xiàn)e、Si雜質(zhì)相含量越少,相間距越大,合金的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能越好。合金的再結(jié)晶溫度高,經(jīng)熱加工及熱處理后保持晶粒沿變形方向呈纖維狀有利于提高抗應(yīng)力腐蝕性能。DCB(雙懸臂梁)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明進(jìn)口合金主要是沿晶開(kāi)裂及穿晶解理開(kāi)裂,而國(guó)產(chǎn)合金則以沿晶開(kāi)裂和陽(yáng)極通道兩種方式產(chǎn)生破裂。SSRT結(jié)果表明國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口7N01鋁合金在3.5%NaCl溶液、(3.5%NaCl+0.5%H2O2)混合溶液中都具有較高的SCC敏感性,而在(3.5%NaCl+0.5%H2O2)混合溶液中具有更高的SCC敏感性。國(guó)產(chǎn)合金在3.5%NaCl溶液及(3.5%NaCl+0.5%H2O2)混合溶液中都具有比進(jìn)口合金更高的SCC敏感性。進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)7N01鋁合金板材的長(zhǎng)橫向比縱向具有更高的SCC敏感性。在7N01鋁合金的應(yīng)力腐蝕敏感速度范圍(10-6～10-7S-1)內(nèi),國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口7N01鋁合金的SCC敏感性都隨初始應(yīng)變速率的增大而減少。在(3.5%NaCl+0.5%H2O2)混合溶液中,35℃以上時(shí),隨著溫度的上升,鋁合金的SCC敏感性降低,斷裂時(shí)間延長(zhǎng)。高溫預(yù)析出工藝(470℃/lh+400℃/30min+120℃/24h)可以明顯提高7N01鋁合金的抗應(yīng)力腐蝕性能,同時(shí)提高材料的塑性,但是抗拉強(qiáng)度會(huì)有約10%的下降。粗大的含F(xiàn)e、Si雜質(zhì)相的含量及分布方式對(duì)7N01鋁合金的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂具有重要影響。在進(jìn)口及國(guó)產(chǎn)板材中,粗大雜質(zhì)相是點(diǎn)蝕裂紋源形成的主要原因,在拉應(yīng)力的作用下,裂紋尖端擴(kuò)展導(dǎo)致SCC的發(fā)生。此外,進(jìn)口板材中的沿晶腐蝕也是開(kāi)裂的重要因素；而在國(guó)產(chǎn)板材中,粗大的第二相主要是沿晶界分布,且間距小,在拉應(yīng)力的作用下,裂紋源沿晶快速擴(kuò)展,并串連成連通的陽(yáng)極腐蝕通道,形成粗大的裂紋導(dǎo)致合金更快斷裂。擠壓型材的SCC模式并不同于國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口板材,其主要是滑移溶解導(dǎo)致SCC。Nb元素可以改變粗大雜質(zhì)相在晶界的析出形態(tài),其在7N01鋁合金中主要以Al3Nb相與Fe2Nb0.3Zr0.7相存在。添加Nb元素能夠抑制Mg2Si相的形成。隨著Nb含量的增加,7N01合金的電導(dǎo)率升高,根據(jù)電導(dǎo)率與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系,可以判斷添加元素Nb有助于提高7N01鋁合金的抗應(yīng)力腐蝕性能。國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口7N01鋁合金的鑄態(tài)試樣熱壓縮變形模擬(溫度：400℃,變形量：50%,應(yīng)變速率：O.1s-1)的結(jié)果表明：在400℃進(jìn)行熱變形時(shí),國(guó)產(chǎn)鋁合金會(huì)發(fā)生明顯的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程；而進(jìn)口合金不發(fā)生再結(jié)晶,表明其具更高的抗再結(jié)晶能力。
【關(guān)鍵詞】：7N01鋁合金 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 慢應(yīng)變速率試驗(yàn) 熱處理
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 鋁合金簡(jiǎn)介10
• 1.2 高強(qiáng)鋁合金應(yīng)力腐蝕簡(jiǎn)介10-11
• 1.3 應(yīng)力腐蝕機(jī)理11-12
• 1.3.1 陽(yáng)極溶解理論12
• 1.3.2 氫脆理論12
• 1.4 應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法12-15
• 1.4.1 恒載荷法13
• 1.4.2 恒應(yīng)變法13
• 1.4.3 慢應(yīng)變速率法13-14
• 1.4.4 其他方法14-15
• 1.5 軌道交通用7N01鋁合金的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀15-17
• 1.6 選題的研究意義與目的17-19
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法與原理19-27
• 2.1 試驗(yàn)材料19-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器20
• 2.3 研究路線20-21
• 2.4 實(shí)驗(yàn)原理及方法21-27
• 2.4.1 金相試樣制備21
• 2.4.2 X射線衍射分析21
• 2.4.3 力學(xué)性能測(cè)試21
• 2.4.4 極化曲線21-22
• 2.4.5 差熱分析22
• 2.4.6 DCB試驗(yàn)22-24
• 2.4.7 SSRT試驗(yàn)24-25
• 2.4.8 鋁合金熔煉25-26
• 2.4.9 熱變形模擬26-27
• 第3章 7N01鋁合金板材組織及性能27-37
• 3.1 7N01鋁合金板材的顯微組織27-32
• 3.1.1 金相組織27-31
• 3.1.2 XRD物相分析31-32
• 3.1.3 差熱分析(DSC)曲線32
• 3.2 7N01板材力學(xué)性能對(duì)比分析32-34
• 3.2.1 抗拉強(qiáng)度及硬度測(cè)試32-33
• 3.2.2 斷口分析33-34
• 3.3 動(dòng)電位極化曲線34-35
• 3.4 小結(jié)35-37
• 第4章 7N01鋁合金的應(yīng)力腐蝕性能研究37-66
• 4.1 SCC的影響因素37-39
• 4.1.1 合金成分37-38
• 4.1.2 熱處理制度38
• 4.1.3 晶粒度38-39
• 4.1.4 pH值的影響39
• 4.2 恒位移試驗(yàn)39-41
• 4.3 慢應(yīng)變應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)41-59
• 4.3.1 應(yīng)力腐蝕敏感性測(cè)試41-51
• 4.3.2 應(yīng)變速率對(duì)7N01鋁合金板材SCC的影響51-55
• 4.3.3 溫度對(duì)7N01鋁合金板材SCC的影響55-56
• 4.3.4 SCC裂紋源的形成與擴(kuò)展56-59
• 4.4 熱處理工藝對(duì)SCC的影響59-64
• 4.4.1 熱處理工藝路線59-60
• 4.4.2 金相組織分析60-61
• 4.4.3 熱處理試樣SSRT試驗(yàn)61-63
• 4.4.4 斷口分析63-64
• 4.5 小結(jié)64-66
• 第5章 7N01鋁合金的熔鑄66-74
• 5.1 Nb元素對(duì)7N01鋁合金性能的影響66-70
• 5.1.1 金相分析67-68
• 5.1.2 X射線衍射分析68-69
• 5.1.3 電導(dǎo)率69-70
• 5.2 熱變形模擬70-73
• 5.2.1 金相分析70-71
• 5.2.2 熱變形模擬曲線圖71-73
• 5.3 小結(jié)73-74
• 第6章 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 展望80-81
• 致謝81-82
• 附錄82

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

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本文編號(hào)：1083085