高速列车用高强铝合金T型焊接接头的多轴疲劳损伤演化机理的研究

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  A7N01 高强铝合金由于具有良好的性能,被广泛应用于高速列车的车身中。本课题以A7N01高强铝合金为试验材料,焊接方法采用MIG,接头形式为T型接头,重点研究MIG焊T型焊接接头的宏微观组织、静拉伸性能及疲劳性能。试验研究从以下方面进行:   首先制备T型接头金相试件,运用超景深显微镜、扫描显微镜和显微硬度仪对其进行组织的宏观分析、微观分析和硬度分析。其次用万能材料拉伸试验机对T型焊接接头进行静力学拉伸试验。最后用MTS809电液伺服万能试验机对焊接接头进行疲劳试验及数据分析。   金相试验研究结果表明,T型焊接接头分为母材区、热影响区、熔合区和焊缝区,显微组织在每一个区域均不相同。从焊缝中心到焊缝边缘组织依次为等轴晶区、等轴晶与柱状晶过度区、柱状晶区。显微硬度测试结果表明T型焊接接头各组织中焊缝硬度最低,仅有75HV,母材最高,硬度值为134.2HV。拉伸试验结果显示T型焊接接头的抗拉强度为412MPa,屈服强度为282.6MPa,伸长率为9.0%。疲劳结果显示,根据疲劳断口区域形貌的变化,断口可分为裂纹萌生区、裂纹扩展区和瞬断区三大区域;在疲劳裂纹萌生阶段,微裂纹均起源于焊趾部位,说明T型焊接接头的焊趾部位是整个接头最薄弱部位;在疲劳裂纹扩展阶段,主裂纹由多个微小裂纹合并而成,并且在主裂纹的扩展路径上,次裂纹受到了屏蔽抑制的作用,而裂纹尖端产生位错的作用以及晶界、晶粒取向的不同,使得尖端塑性区对裂纹扩展的路径有很大的影响,并且会使裂纹偏折。裂纹扩展区有大量疲劳辉纹、台阶、犁沟和细涟波纹理等特征,并伴随着孔洞和二次裂纹。疲劳瞬断阶段则为脆性断裂与延性断裂的混合断口。分析并拟合T型接头的疲劳曲线,得出常温下A7N01铝合金T型焊接接头的各个疲劳性能参数值。铝合金T型焊接接头在多轴低周疲劳加载下呈现为循环软化以及循环稳定现象。
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