轨道交通用Al-Mg-Si-Cu合金挤压型材的疲劳性能研究

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Al-Mg-Si-Cu合金因其良好的挤压性能和不存在应力腐蚀现象成为了轨道交通车辆结构件的优选材料,其用量和需求量在不断增加。轨道交通车辆上的构件,由于其长时间处于交变载荷下的特殊服役条件,因此对其疲劳性能的研究显得尤为重要。  本文选取企业试产的Al-Mg-Si-Cu合金中的6005A铝合金为研究对象,对其疲劳性能进行研究。首先通过高周疲劳试验和疲劳裂纹扩展试验获得了应力-寿命数据和裂纹长度-寿命数据,对试验数据处理得到6005A铝合金的S-N曲线和a-N曲线。同时利用金相显微镜、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及能谱(EDS)等观察检测手段,对6005A铝合金疲劳失效试样的组织结构、断口形貌及相关断裂机理进行了观测分析研究。主要得到以下结论:  (1)试验用6005A铝合金挤压型材在应力比R=0.1下的中值疲劳强度为164.5MPa,S-N曲线方程表达形式为50lg N?10.696?0.024S。  (2)材料内部存在的孔洞缺陷、Al2O3夹杂和粗大的含Fe元素的第二相粒子对试验用6005A铝合金疲劳裂纹萌生及初期扩展阶段影响明显,且影响程度不一样。  (3)试验用6005A铝合金的疲劳裂纹在Al2O3夹杂上的萌生寿命比裂纹在粗大析出相粒子上的萌生寿命大一个数量级左右,比在孔洞缺陷处的萌生寿命大两个数量级左右。对裂纹扩展速率的影响表现出相似的规律。  (4)Al2O3夹杂对试验用6005A合金疲劳寿命的影响很大,不仅会缩短裂纹开始萌生时的寿命,而且裂纹萌生后的扩展速率也较快。这种影响还和Al2O3颗粒的尺寸大小有关,尺寸越大的Al2O3粒子表现出对疲劳寿命的影响效果越大。Al2O3颗粒夹杂主要通过与基体分离的方式萌生裂纹。  (5)试验用6005A铝合金内含有的主要第二相粒子有Mg2Si相、AlFeMnMgSi相、Al5FeSi相和Al7(CrFe)相等。引发疲劳裂纹萌生的第二相粒子主要为Al5FeSi相粒子和Al7(CrFe)相粒子,这两种粒子导致疲劳裂纹萌生的方式因其形状、尺寸大小和所处位置的不同而呈现多样化的特征。
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