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本文以高速列车用A7N01P高强铝合金对接板材为研究对象,利用超声疲劳试验机研究母材、原始焊接接头、无余高焊接接头与超声冲击焊接接头超高周疲劳性能,由疲劳试验结果拟合得出S-N曲线对比分析铝合金母材及焊接接头超高周疲劳寿命与超声冲击对铝合金焊接接头疲劳寿命的影响,并采用扫描电子显微镜镜分析疲劳失效断裂特征。通过金相试验、硬度试验、残余应力试验等分别研究不同冲击参数下超声冲击对焊接接头焊趾处表层组织的影响,借助透射电子显微镜研究铝合金焊接接头表面经超声冲击处理后晶粒细化机理,分析超声冲击提高铝合金焊接接头超高周疲劳寿命的原因,主要结果如下:(1)A7N01P铝合金焊接接头焊缝为典型的铸造组织,主要组成为熔合线附近的细晶区,焊缝边缘沿中心垂直生长的柱状晶和焊缝中间的等轴晶。热影响区分为固溶区和软化区,固溶区因靠近焊缝受热影响大,晶粒出现长大与重新结晶,软化区受热传导影响小,越靠近母材与母材的晶粒组织越接近。(2)焊接接头硬度试验可知:焊缝显微硬度远远低于热影响区和母材区,从焊缝到熔合区硬度发生突变,极速升高,热影响区固溶区硬度值较高,其次为母材及热影响区软化区。由焊接接头拉伸试验可知:铝合金焊接接头抗拉强度平均值约为332.7MPa,延伸率约为7.2%,拉伸试验均断于在焊缝,焊缝成为焊接接头中薄弱的环节。(3)由超声疲劳试验结果拟合得出S-N曲线。圆柱母材S-N曲线方程为:lgN(10)19.11lg(35)?(28)48.14(10~6≤N≤1.356×10~8);l gN(10).463lg(35)?(28)17.76(1.356×10~8≤N≤10~9);板状母材S-N曲线方程为:l gN(10)17.84lg(35)?(28)44.34(2.05×10~6≤N≤10~9);板状原始焊接接头S-N曲线方程为:l gN(10)14.22lg(35)?(28)32.48(2.47×10~5≤N≤10~9);超声冲击焊接接头的S-N曲线方程为:l gN(10)15.19lg(35)?(28)36.51(3.95×10~5≤N≤10~9);板状无余高焊接接头S-N曲线方程为:l gN(10)18.46lg(35)?(28)43.32(3.10×10~5≤N≤10~9);圆柱无余高焊接接头S-N曲线方程为:l gN(10)16.98lg(35)?(28)40.51(7.52×10~5≤N≤10~9)。(4)母材试样疲劳强度远高于焊接接头,在1×10~7与5×10~8循环周次下,相比较焊态超声冲击后疲劳强度分别提高了41.5%与44.1%,超声冲击可以有效的提高焊接接头的疲劳寿命。(5)圆柱母材为剪切断裂,板状母材为准解理断裂;焊态试样疲劳断口的裂纹源均大多位于焊趾表面及次表面缺陷处,超声冲击焊接接头因焊趾处受到强化作用,疲劳裂纹大部分从焊缝表面缺陷处萌生,少数试样从焊趾处断裂,焊趾表面硬化层内表面萌生多个裂纹源,主要表现为穿晶断裂。板状无余高焊接接头裂纹从焊缝表面加工痕迹处,表面夹杂物和表面气孔处萌生,圆柱焊接接头试样则从表面缺陷,次表面夹杂和内部气孔处出现微裂纹引起疲劳破坏。(6)超声冲击后焊接接头表面均发生明显的塑形变形,形成晶粒压实的流线型组织。试验采用六组冲击参数为:1A/2min、1A/5min、1A/10min、1.5A/2min、1.5A/5min、1.5A/10min,对应的塑变层厚度分别为175μm、260μm、380μm、340μm、460μm、540μm。超声冲击电流越大,冲击时间越长,对应的塑形变形层厚度也越大。(7)超声冲击后表层组织受到加工硬化的影响,显微硬度发生明显的变化,冲击参数为1.5A/2min、1.5A/5min、1.5A/10min时,对应的表层最高显微硬度分别为167.7HV、171.1HV、194.3HV。冲击参数为1A/2min、1A/5min、1A/10min,对应的表层最高显微硬度分别为161.4HV、178.5HV、190.3HV。(8)试验采用冲击参数为1A/2min、1A/5min、1A/10min时对应的表层晶粒的平均尺寸为940~970nm;490~520nm;280~300nm。试验采用冲击参数1.5A/2min、1.5A/5min、1.5A/10min时对应的表层晶粒的平均尺寸为530~580nm;300~320nm;130~160nm。接头显微组织晶粒细化作用明显。