【摘 要】
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Al-Si-Mg合金由于具有良好的机械性能、疲劳性能及抗腐蚀性能被广泛应用在机械领域。随着我国高速铁路服役时间的增加及服役工况的恶化,高速铁路接触网支撑定位装置关键零部件时常发生疲劳失效,严重危害高速铁路的安全运行。支撑定位装置关键零部件的主要原材料即为Al-Si-Mg合金,因此,有必要进行该合金的疲劳性能及强度评估研究。本文对Mg含量不同的两种Al-Si-Mg合金试样(Al-7Si-0.3Mg和
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Al-Si-Mg合金由于具有良好的机械性能、疲劳性能及抗腐蚀性能被广泛应用在机械领域。随着我国高速铁路服役时间的增加及服役工况的恶化,高速铁路接触网支撑定位装置关键零部件时常发生疲劳失效,严重危害高速铁路的安全运行。支撑定位装置关键零部件的主要原材料即为Al-Si-Mg合金,因此,有必要进行该合金的疲劳性能及强度评估研究。本文对Mg含量不同的两种Al-Si-Mg合金试样(Al-7Si-0.3Mg和Al-7Si-0.6Mg)开展了疲劳试验,利用扫描电镜观察了试样疲劳断口,研究了Mg含量对Al-Si-Mg合金试样疲劳性能及行为的影响;采用钢丸/陶瓷丸的微粒子喷丸工艺对相比之下疲劳强度较低的Al-7Si-0.3Mg合金试样进行了微粒子喷丸处理并开展了疲劳试验,利用扫描电镜观察了试样疲劳断口,利用复型技术跟踪观察了疲劳裂纹萌生及扩展行为,研究了微粒子喷丸处理对Al-Si-Mg合金疲劳性能的改善作用;在Al-Si-Mg合金试样表面引入了人工缺陷并开展了疲劳试验,研究了表面缺陷尺寸对Al-Si-Mg合金疲劳强度、应力强度因子门槛范围的影响,提出了试样降低高周疲劳强度的缺陷尺寸临界值,并优化了通过试样维氏硬度和缺陷尺寸预测疲劳强度及应力强度因子门槛范围的经验公式。试验结果如下:(1)Mg含量的提高增强了Al-Si-Mg合金的屈服强度和抗拉强度,但降低了延伸率;Al-7Si-0.6Mg试样在5×10~7循环周次时对应的疲劳强度为80MPa,比Al-7Si-0.3Mg试样高出20MPa;两种合金的疲劳失效均可以由铸造缺陷或晶体滑移引起;Mg含量的提高降低了疲劳裂纹的扩展速度,将裂纹扩展模式由穿晶转变为沿晶。(2)钢丸喷丸试样具有更深的残余应力层和硬化层、更高的残余压应力峰值和更粗糙的喷丸表面;微粒子喷丸试样在5×10~7循环周次时对应的疲劳强度为80MPa,比未喷丸试样高出20MPa;钢丸喷丸试样的疲劳失效可以由铸造缺陷和晶体滑移引起,陶瓷喷丸试样仅由铸造缺陷引起,喷丸试样疲劳裂纹源内移;微粒子喷丸处理提高了应力强度因子门槛范围,抑制了裂纹的萌生及扩展。(3)表面人工缺陷显著降低了Al-Si-Mg试样的疲劳性能,随着缺陷尺寸增加,试样的高周疲劳强度降低程度和应力强度因子门槛范围也逐渐增大;基于试验结果对疲劳强度预测公式进行了修正,评估结果与试验结果更加一致。
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