Al-Mg-Si-Cu合金因其良好的擠壓性能和不存在應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象成為了軌道交通車(chē)輛結(jié)構(gòu)件的優(yōu)選材料,其用量和需求量在不斷增加。軌道交通車(chē)輛上的構(gòu)件,由于其長(zhǎng)時(shí)間處于交變載荷下的特殊服役條件,因此對(duì)其疲勞性能的研究顯得尤為重要。本文選取企業(yè)試產(chǎn)的Al-Mg-Si-Cu合金中的6005A鋁合金為研究對(duì)象,對(duì)其疲勞性能進(jìn)行研究。首先通過(guò)高周疲勞試驗(yàn)和疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)獲得了應(yīng)力-壽命數(shù)據(jù)和裂紋長(zhǎng)度-壽命數(shù)據(jù),對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得到6005A鋁合金的S-N曲線和a-N曲線。同時(shí)利用金相顯微鏡、X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）以及能譜（EDS）等觀察檢測(cè)手段,對(duì)6005A鋁合金疲勞失效試樣的組織結(jié)構(gòu)、斷口形貌及相關(guān)斷裂機(jī)理進(jìn)行了觀測(cè)分析研究。主要得到以下結(jié)論:（1）試驗(yàn)用6005A鋁合金擠壓型材在應(yīng)力比R=0.1下的中值疲勞強(qiáng)度為164.5MPa,S-N曲線方程表達(dá)形式為lg N₅₀（28）10.696-0.024S。（2）材料內(nèi)部存在的孔洞缺陷、Al₂O₃夾雜和粗大的含F(xiàn)e元素的第二相粒子對(duì)試驗(yàn)用6005A鋁合金疲勞裂紋萌生及... 

【文章來(lái)源】：江西理工大學(xué)江西省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

典型的Al-Mg-Si-Cu合金最大硬化90%的時(shí)間-溫度-性能曲線

1.4.3 疲勞斷裂過(guò)程用光學(xué)讀數(shù)顯微鏡對(duì)疲勞斷裂過(guò)程觀測(cè)可以看到以下幾個(gè)階段：① 裂紋成核；② 微觀裂紋擴(kuò)展；③ 宏觀裂紋擴(kuò)展；④ 最終斷裂。圖1.2 是典型的疲勞斷裂過(guò)程的示意圖。用顯微鏡觀察材料的疲勞斷裂過(guò)程，從材料的表面可以看到非常明顯的凹凸不平的形狀。這是構(gòu)成材料的晶粒在循環(huán)載荷的作用下突出材料的外表面，并且沿著晶粒的滑移面方向反復(fù)的滑移變形，從而形成了如圖左側(cè)所示的突起和凹入的隆脊和溝槽。這種凹凸形狀的隆脊和溝槽繼續(xù)發(fā)展，就會(huì)沿著滑移面形成 1~2 個(gè)晶粒大小的初始裂紋。這一階段的裂紋擴(kuò)展過(guò)程被稱(chēng)為微觀裂紋擴(kuò)展階段（也稱(chēng)裂紋擴(kuò)展第一階段）。初始微小裂紋在拉伸應(yīng)力的作用下，方向會(huì)逐漸地向著與應(yīng)力相垂直的方向過(guò)渡，部分沿著最大剪切應(yīng)力方向擴(kuò)展。這一階段的裂紋擴(kuò)展過(guò)程稱(chēng)為宏觀裂紋擴(kuò)展階段（也稱(chēng)裂紋擴(kuò)展的第二階段）。第二階段的裂紋擴(kuò)展到一定程度后，材料的表面積不足以承受下一次應(yīng)力時(shí)，材料瞬間斷裂，整個(gè)疲勞斷裂過(guò)程結(jié)束。實(shí)際上，任何一個(gè)機(jī)械構(gòu)件所受到的應(yīng)力都是不規(guī)則的，在實(shí)驗(yàn)室中即使是模仿這樣不規(guī)則的變動(dòng)載荷

2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料本試驗(yàn)選取 Al-Mg-Si-Cu 合金中在軌道交通車(chē)輛中使用廣泛的 6005A 鋁合金為研究對(duì)象，具體試驗(yàn)用材料為廣東某鋁業(yè)公司提供。試驗(yàn)用材料為企業(yè)試產(chǎn)，化學(xué)成分配比未必使材料性能達(dá)到最佳。其實(shí)測(cè)化學(xué)成分如表2.1 所示。表2.1 試驗(yàn)用6005A 鋁合金實(shí)測(cè)化學(xué)成分（wt﹪）牌號(hào) Si Mg Cu Mn Fe Cr Zn Ti Al6005A 0.80 0.50 0.28 0.22 0.30 0.08 0.20 ＜0.1 余量2.1.2 工藝流程試驗(yàn)用 6005A 擠壓型材的實(shí)際生產(chǎn)工藝路線如圖 2.1 所示。主要過(guò)程為熔煉、鑄造、均勻化、擠壓、在線淬火、人工時(shí)效。具體的工藝參數(shù)如下：均勻化熱處理溫度為 540℃，保溫時(shí)間為 6 小時(shí)。熱擠壓溫度為480 ℃，擠壓筒溫度 420℃，擠壓速度為 5m/min。淬火溫度為530 ℃，淬火時(shí)間內(nèi)對(duì)鋁合金板材進(jìn)行預(yù)拉伸變形 2%。人工時(shí)效溫度 175℃，保溫時(shí)間為8 小時(shí)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]RE（RE=Dy,Er）元素對(duì)Mg-Zn系合金微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響[J]. 劉小清,趙東山,葉禮,莊園林,高圣博,周嘉萍,桂嘉年,王建波.  電子顯微學(xué)報(bào). 2018(02)
[2]5B70鋁合金板材疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展機(jī)制[J]. 方杰,徐翩,劉剛,孟松,賴(lài)松柏,姜鋒.  材料熱處理學(xué)報(bào). 2017(10)
[3]服役經(jīng)歷對(duì)7N01鋁合金斷裂力學(xué)性能的影響[J]. 張嘯塵,謝里陽(yáng),胡杰鑫,張?jiān)娊?  東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(10)
[4]Al-Cu-Mg-Ag合金T6和T840條件下的高周疲勞性能（英文）[J]. Marat GAZIZOV,Rustam KAIBYSHEV.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(06)
[5]基于微觀結(jié)構(gòu)的航空鋁合金點(diǎn)蝕擴(kuò)展行為研究[J]. 劉治國(guó),王海東,穆志韜.  航空工程進(jìn)展. 2017(02)
[6]鋁合金擠壓型材在軌道交通中的應(yīng)用及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[J]. 高安江,劉平禮,王明坤,張茂亮,臧凱.  世界有色金屬. 2017(07)
[7]城市軌道交通工程車(chē)輛選型研究[J]. 劉亞雄,李偉,林勇.  現(xiàn)代城市軌道交通. 2017(02)
[8]腐蝕環(huán)境對(duì)2024鋁合金攪拌摩擦焊縫疲勞與裂紋擴(kuò)展性能的影響（英文）[J]. 王磊,回麗,周松,許良,何波.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(11)
[9]交通運(yùn)輸用鋁合金材料研究進(jìn)展[J]. 聶德鍵,羅銘強(qiáng),陳文泗,羅偉浩,梁世斌.  有色金屬加工. 2016(05)
[10]低周疲勞預(yù)損傷對(duì)TA11合金高周疲勞強(qiáng)度的影響[J]. 石多奇,駱銀銀,趙鵬濤,于慧臣,楊曉光.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2016(02)

碩士論文
[1]6005A-T6鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊接頭組織與性能的研究[D]. 遲珉良.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 2017
[2]稀土改性和熱處理對(duì)Al-Mg-Si-Fe合金組織及性能影響的研究[D]. 萬(wàn)彬.合肥工業(yè)大學(xué) 2015
[3]高強(qiáng)高韌Al-Zn-Mg-Cu合金疲勞斷裂性能以及微觀組織的研究[D]. 文康.中南大學(xué) 2010
[4]疲勞斷裂失效的計(jì)算機(jī)知識(shí)表達(dá)及可靠度[D]. 劉新靈.北京航空材料研究院 2001



本文編號(hào)：3070023