本文關(guān)鍵詞：A7N01S-T5鋁合金MIG焊接頭力學(xué)性能與應(yīng)力腐蝕行為的研究

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【摘要】：高強(qiáng)度鋁合金作為輕量化材料,已廣泛應(yīng)用于高速列車、地鐵和輕軌等。A7N01S-T5鋁合金作為高速列車用新型材料,主要用于列車底座緩沖器、牽引梁等受力關(guān)鍵部位。由于列車運(yùn)行環(huán)境的多變性和復(fù)雜性,鋁合金焊接后的力學(xué)行為成為焊接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和有效性的關(guān)鍵。本文主要研究A7N01S-T5鋁合金焊接接頭的組織、靜力學(xué)性能、沖擊韌性以及高頻低載下的疲勞行為,并深入分析了焊接接頭的應(yīng)力腐蝕行為和腐蝕機(jī)理,對(duì)高速列車運(yùn)行的安全性及焊接材料的開發(fā)具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。采用MIG焊接方法進(jìn)行焊接,將焊接接頭加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣,進(jìn)行組織、沖擊韌性、疲勞失效機(jī)理和應(yīng)力腐蝕行為的研究。利用MTS810伺服材料試驗(yàn)設(shè)備、半自動(dòng)沖擊設(shè)備、高頻疲勞試驗(yàn)設(shè)備對(duì)試樣進(jìn)行力學(xué)破壞試驗(yàn),并利用慢應(yīng)變速率試驗(yàn)機(jī)對(duì)接頭試樣進(jìn)行應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)；利用金相技術(shù)(OM)、X射線衍射(XRD)、電子掃描(SEM)與能譜(EDS)相結(jié)合等先進(jìn)檢測(cè)分析方法,對(duì)試樣微觀結(jié)構(gòu)、失效機(jī)理、斷口形貌及物相成分等深入分析。試驗(yàn)分析表明,焊接接頭存在嚴(yán)重組織不均勻性,熔合區(qū)與熱影響區(qū)是力學(xué)性能最差的區(qū)域。焊縫區(qū)組織主要為等軸樹枝晶,主要強(qiáng)化相α(Mg2Al)相和β(Mg2Al3)發(fā)生部分溶解。熔合區(qū)與熱影響區(qū)內(nèi)形成粗大柱狀晶,熔合區(qū)內(nèi)η相(MgZn2)在晶界處出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象,以球狀固溶于鋁基體內(nèi)。熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了無(wú)沉淀析出區(qū)域,母材區(qū)強(qiáng)化相分布均勻。硬度測(cè)試結(jié)果表明,焊縫區(qū)與熔合區(qū)硬度低于其他位置,在熔合區(qū)靠近熱影響區(qū)處硬度最低(70HV)。靜拉伸試驗(yàn)分析得出,焊接系數(shù)僅為67%,抗拉強(qiáng)度下降了37%。焊接接頭斷裂于熔合區(qū),氫氣孔和脆性雜質(zhì)為裂紋源。沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明,在瞬間沖擊載荷作用下焊縫區(qū)的韌性最好,沖擊斷裂能是32.3J,而熱影響區(qū)的最差,斷裂能僅為24.2J。原因是晶粒粗化效應(yīng)與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速率瞬間增加,低熔點(diǎn)共晶形成的薄膜是影響焊縫區(qū)與熱影響區(qū)耐沖擊的重要因素。疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明,焊接接頭與母材的疲勞壽命隨應(yīng)力幅值的升高呈下降趨勢(shì),焊趾與熔合區(qū)成為接頭疲勞斷裂的薄弱位置。位錯(cuò)在晶界處的塞積、雜質(zhì)相與脆性相在晶界處的偏析以及細(xì)小未共格或半共格第二相質(zhì)點(diǎn)切斷后形成的無(wú)沉淀區(qū)促進(jìn)了裂紋的形成。極化和應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)表明,焊接接頭的腐蝕電壓和腐蝕電流密度分別達(dá)到了-1324mV和0.03mA/cm2,自腐蝕敏感性高于母材。腐蝕環(huán)境下,材料內(nèi)部的強(qiáng)化相失去強(qiáng)化作用。當(dāng)應(yīng)變速率升高時(shí),接頭與母材的斷裂吸收功降低,強(qiáng)度損失和塑性損失增加。腐蝕環(huán)境下接頭應(yīng)變速率在5×10-6mm/S時(shí),A7N01S-T5接頭的應(yīng)力腐蝕開始加劇。在應(yīng)變速率9×10-6mm/s下,腐蝕環(huán)境下的接頭力學(xué)性能出現(xiàn)了最低,應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)達(dá)到了0.42,腐蝕最嚴(yán)重。A7N01S-T5焊接接頭的SCC機(jī)理是母材與接頭均通過表層鈍化膜的滑移形成點(diǎn)蝕,以應(yīng)變和腐蝕介質(zhì)為源動(dòng)力,產(chǎn)生的氫氣隨腐蝕介質(zhì)侵入,加速裂紋脆化擴(kuò)展。母材內(nèi)晶界處粗化偏析強(qiáng)化相以陽(yáng)極優(yōu)先于母材溶解,形成晶間腐蝕隧道。強(qiáng)化相種類及含量不同,導(dǎo)致在腐蝕介質(zhì)下焊縫區(qū)與熱影響區(qū)共同形成腐蝕微電池。腐蝕斷裂于焊縫區(qū)靠近熱影響區(qū)處,焊縫區(qū)作為陽(yáng)極首先溶解形成蝕坑。腐蝕溶解導(dǎo)致強(qiáng)化相含量及合金元素濃度的變化,在熱影響區(qū)內(nèi)形成多電位系統(tǒng),基體與強(qiáng)化相交替腐蝕溶解,形成晶界腐蝕隧道與腐蝕環(huán),直到材料發(fā)生腐蝕斷裂。
【關(guān)鍵詞】：A7N01S-T5 MIG焊接頭 力學(xué)性能 沖擊韌性 應(yīng)力腐蝕裂紋機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG457.14
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 緒論11-29
• 1.1 選題背景11-14
• 1.1.1 高速列車在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況11-13
• 1.1.2 高速列車用鋁合金的發(fā)展概況13-14
• 1.2 高速列車鋁合金焊接接頭的國(guó)內(nèi)外研究概況14-27
• 1.2.1 高速列車用鋁合金接頭力學(xué)性能與組織研究14-19
• 1.2.2 高速列車用鋁合金焊縫疲勞壽命的研究19-23
• 1.2.3 高速列車用鋁合金焊縫應(yīng)力腐蝕行為的研究23-27
• 1.3 選題意義及主要研究?jī)?nèi)容27-29
• 1.3.1 本課題研究的意義27
• 1.3.2 本課題研究的主要內(nèi)容27-29
• 2 焊接工藝與試驗(yàn)方案29-41
• 2.1 鋁合金系列與焊接材料29-30
• 2.1.1 鋁合金牌號(hào)分類29
• 2.1.2 焊接材料29-30
• 2.2 焊接方法與焊接工藝30-35
• 2.2.1 鋁合金焊接性30-31
• 2.2.2 鋁合金焊接方法的選擇31-32
• 2.2.3 焊接設(shè)備與焊接工藝32-35
• 2.3 A7N01S-T5焊接接頭組織與力學(xué)性能試驗(yàn)35-40
• 2.3.1 A7N01S-T5焊縫金相組織觀察35-36
• 2.3.2 A7N01S-T5焊縫顯微硬度測(cè)試與靜拉伸試驗(yàn)36-37
• 2.3.3 A7N01S-T5焊接接頭的沖擊韌性試驗(yàn)37-38
• 2.3.4 A7N01S-T5焊接接頭疲勞壽命試驗(yàn)38-39
• 2.3.5 A7N01S-T5焊接接頭應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)39-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 3 A7N01S-T5焊縫力學(xué)行為分析41-52
• 3.1 前言41
• 3.2 A7N01S-T5焊接接頭金相組織分析41-46
• 3.3 A7N01S-T5焊接接頭硬度與靜拉伸試驗(yàn)分析46-51
• 3.3.1 A7N01S-T5焊接接頭硬度分析46-48
• 3.3.2 A7N01S-T5焊接接頭靜拉伸試驗(yàn)力學(xué)行為分析48-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 4 A7N01S-T5焊縫的沖擊韌性試驗(yàn)研究52-63
• 4.1 前言52
• 4.2 A7N01S-T5沖擊試驗(yàn)原理和沖擊試驗(yàn)過程52-54
• 4.2.1 A7N01S-T5鋁合金沖擊試驗(yàn)原理52-53
• 4.2.2 A7N01S-T5鋁合金沖擊試驗(yàn)過程53-54
• 4.3 A7N01S-T5沖擊試驗(yàn)結(jié)果與斷口SEM形貌分析54-61
• 4.3.1 A7N01S-T5接頭沖擊韌性研究54-56
• 4.3.2 A7N01S-T5接頭與母材沖擊斷口宏觀形貌分析56-58
• 4.3.3 A7N01S-T5接頭與母材斷口SEM形貌分析58-60
• 4.3.4 A7N01S-T5接頭與母材沖擊韌性失效機(jī)理60-61
• 4.4 沖擊韌性提高的方法61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 5 A7N01S-T5焊接接頭疲勞壽命研究63-74
• 5.1 前言63
• 5.2 疲勞的定義及劃分63-64
• 5.3 A7N01S-T5焊接接頭疲勞壽命曲線分析64-67
• 5.4 A7N01S-T5及焊接接頭斷口疲勞分析67-72
• 5.4.1 A7N01 S-T5及焊接接頭疲勞斷口宏觀分析67-68
• 5.4.2 A7N01S-T5及焊接接頭疲勞斷裂機(jī)理分析68-72
• 5.5 A7N01S-T5接頭疲勞壽命提高途徑72
• 5.6 本章小結(jié)72-74
• 6 A7N01S-T5焊接接頭應(yīng)力腐蝕行為研究74-87
• 6.1 前言74
• 6.2 應(yīng)力腐蝕的定義74-75
• 6.3 A7N01S-T5及接頭極化曲線分析75-76
• 6.4 A7N01S-T5及接頭的應(yīng)力腐蝕特性76-85
• 6.4.1 試驗(yàn)環(huán)境與應(yīng)變速率對(duì)A7N01S-T5接頭SCC行為的影響76-80
• 6.4.2 A7N01S-T5及MIG焊接頭的SEM斷口分析80-83
• 6.4.3 A7N01S-T5及MIG焊接頭SCC機(jī)理83-85
• 6.5 應(yīng)力腐蝕降低的方法85
• 6.6 本章小結(jié)85-87
• 結(jié)論與展望87-89
• 結(jié)論87-88
• 課題展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-95
• 致謝95-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表(錄用)論文96-97

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4 金敏;;《應(yīng)力腐蝕研究》即將出版[J];南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1985年01期

5 張學(xué)元，，杜元龍;鋼鐵發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕裂開的試驗(yàn)方法與技術(shù)[J];材料保護(hù);1995年10期

6 鐵軍;金屬材料的應(yīng)力腐蝕[J];鐵道物資科學(xué)管理;1997年02期

7 趙德君;;濕硫化氫應(yīng)力腐蝕環(huán)境的設(shè)計(jì)分析[J];石油化工建設(shè);2013年06期

8 褚武揚(yáng),喬利杰,高克瑋;陽(yáng)極溶解型應(yīng)力腐蝕[J];科學(xué)通報(bào);2000年24期

9 沈保羅,馮可芹,高升吉;鈦合金的應(yīng)用和應(yīng)力腐蝕[J];四川化工與腐蝕控制;2000年02期

10 時(shí)淑宏;氧化鋁廠蒸發(fā)器發(fā)生應(yīng)力腐蝕的原因分析與防治[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2001年09期

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1 許文妍;付繼成;孫煒;趙游云;唐昭平;;抗硫化氫應(yīng)力腐蝕石油套管系列產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用[A];第二屆石油石化工業(yè)用材研討會(huì)論文集[C];2001年

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4 王晶;張亦良;;關(guān)于硫化氫應(yīng)力腐蝕失效準(zhǔn)則的最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比綜述[A];第六屆全國(guó)壓力容器學(xué)術(shù)會(huì)議壓力容器先進(jìn)技術(shù)精選集[C];2005年

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6 艾合買提江·加馬力;;液氨壓力容器應(yīng)力腐蝕及預(yù)防措施[A];2006年第二屆七省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會(huì)科技論壇暨學(xué)會(huì)改革與發(fā)展研討會(huì)論文集[C];2006年

7 喻杰;胡麗莉;;不銹鋼換熱管應(yīng)力腐蝕實(shí)例及分析[A];2006年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨中國(guó)工程院機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)部首屆年會(huì)論文集[C];2006年

8 喻杰;胡麗莉;;不銹鋼換熱管應(yīng)力腐蝕實(shí)例及分析[A];安全與可靠性——2006流體機(jī)械與壓力容器技術(shù)論壇論文集[C];2006年

9 閆萌;彭倩;;慢應(yīng)變拉伸應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)對(duì)海水條件不銹鋼的應(yīng)力腐蝕研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

10 喬利杰;高克瑋;褚武揚(yáng);駱靜莉;;氫對(duì)陽(yáng)極溶解型應(yīng)力腐蝕的影響[A];疲勞與斷裂2000——第十屆全國(guó)疲勞與斷裂學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2000年

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7 畢鳳琴;典型石油石化用低合金鋼濕H_2S應(yīng)力腐蝕行為研究[D];大慶石油學(xué)院;2008年

8 付春艷;濕H_2S環(huán)境下防噴器用鋼應(yīng)力腐蝕分析及其機(jī)理研究[D];西南石油大學(xué);2010年

9 胡鋼;X70管線鋼和304不銹鋼應(yīng)力腐蝕與磁記憶效應(yīng)的相關(guān)性研究[D];北京化工大學(xué);2005年

10 毋玲;環(huán)境腐蝕及其應(yīng)力耦合的損傷力學(xué)方法與結(jié)構(gòu)性能預(yù)測(cè)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

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4 王勵(lì)釗;不同設(shè)計(jì)成分的TWIP鋼應(yīng)力腐蝕敏感性研究[D];西南石油大學(xué);2012年

5 陳廣信;A7N01S-T5鋁合金MIG焊接頭力學(xué)性能與應(yīng)力腐蝕行為的研究[D];青島科技大學(xué);2015年

6 段曉磊;石油裝備用鋼硫化氫應(yīng)力腐蝕研究[D];西安石油大學(xué);2009年

7 曹紅梅;40Cr鋼應(yīng)力腐蝕電化學(xué)測(cè)量[D];中國(guó)海洋大學(xué);2007年

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本文編號(hào)：755645