高速列车A7N01S-T5铝合金应力腐蚀行为研究

文章选取了我国某类型高速列车常用的A7N01S-T5铝合金材料,进行了恒载荷应力腐蚀试验,对A7N01S-T5材料的应力腐蚀机理、应力腐蚀强度因子K1SCC和裂纹生长机制进行了研究.结果表明,A7N01S-T5铝合金的应力腐蚀破坏敏感性很高,其临界应力场强度因子K1 SCC为5.2 MPa.m1/2,仅为断裂韧度K1 C的0.15,对应的临界应力门槛值б为123MPa,仅为拉伸强度бb0.27.裂纹断口面有明显的舌状凸起和凹坑的存在.A7N01S-T5铝合金的应力腐蚀裂纹以沿晶开裂为主,形貌呈树枝状,同时相邻二次裂纹之间有竞争生长的关系.

A7N01S-T5铝合金焊接热影响区腐蚀疲劳裂纹萌生行为研究

以高速列车常用的A7N01S-T5铝合金型材焊接热影响区为研究对象,分析析出相的SEM组织及化学成分,采用超景深显微镜观察不同时间节点腐蚀疲劳裂纹萌生过程,并统计分析点蚀坑的面积及最大径长。结果表明,热影响区的腐蚀面积率、腐蚀速率、蚀坑最大径长均随着试验时间的增加而增加,腐蚀坑主要沿着挤压方向分布的大颗粒、富含Fe的二相粒子周围萌生,在交变应力的促进作用下,热影响区腐蚀疲劳裂纹在腐蚀坑最大径向方向沿着挤压方向萌生、扩展。

A7N01S-T5铝合金焊缝金属腐蚀疲劳裂纹萌生行为

以高速列车常用的A7N01S-T5铝合金型材ER5356焊缝金属为研究对象,采用扫描电镜观察不同时间节点焊缝部位腐蚀疲劳裂纹的萌生过程,并分析第二相在腐蚀疲劳裂纹萌生过程中的变化。结果表明,点蚀坑在第二相周围优先萌生,点蚀机理为阳极溶解,在交变应力的促进作用下,焊缝区腐蚀疲劳"短裂纹"沿着点蚀坑周围萌生。

A7N01S-T5铝合金MIG焊接接头的应力腐蚀行为

选取A7N01S-T5铝合金及其MIG焊接接头,采用慢应变拉伸(SSRT)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等测试手段研究腐蚀环境和慢应变速率对焊接接头应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响。结果表明,3.5%NaCl腐蚀环境下焊接接头的自腐蚀敏感性高于母材。母材和焊接接头应力腐蚀敏感性随慢应变速率的升高而增大,且焊接接头的应力腐蚀敏感性远高于母材。拉伸速率超过5×10^-6 mm·s^-1后,接头的应力腐蚀加速。试样SSRT断口的SEM分析表明:母材和焊接接头在空气中以脆性断裂为主,在3.5%NaCl腐蚀环境中均发生典型应力腐蚀开裂,但焊接接头对腐蚀环境的应力腐蚀敏感性更高。

高速动车组铝合金车体A7N01S-T5焊接接头低温性能

A7N01S-T5铝合金焊接接头的性能好坏对于高速客车车体在低温条件下的安全运行至关重要。主要针对该种材料对接接头,进行了不同低温环境下接头的力学性能、疲劳强度试验研究,同时测定了接头的硬度分布,观察了该接头的微观组织。试验结果表明:接头各区的组织状况能够很好的分析硬度分布规律。随着温度的降低,接头的强度有所提高;焊接接头的力学性能和疲劳性能均满足设计要求;但由于焊缝中存在缺陷,使得温度对接头疲劳强度的影响不是很明显,气孔是引起疲劳裂纹的主要原因之一。

焊接环境湿度对A7N01S-T5铝合金MIG焊接接头性能影响

采用单脉冲MIG焊,在环境焊接实验室内对高速列车用铝合金材料A7N01S-T5进行焊接,焊接环境相对湿度为50%、60%、70%、80%、90%,对所焊接头进行拉伸、冲击、硬度等力学性能研究。结果显示接头强度随着相对湿度的增加先降低后有所回升;接头硬度随湿度增加无明显变化规律。分析原因:随湿度变化,焊缝内气孔的数量、大小及分布形态变化是导致接头性能变化的主要原因。

42 mm厚A7N01S-T5铝合金板双面搅拌摩擦焊接头组织及疲劳性能研究

对42 mm厚的A7N01S-T5铝合金板双面搅拌摩擦焊接头进行了组织分析、硬度测试。将接头分为上、中、下三层分别进行高频疲劳试验,通过S-N曲线、断口分析对接头疲劳性能进行研究。结果表明,焊核区微观组织为细小的等轴晶,热影响区组织相对母材有所粗化,前进侧热机影响区组织表现为高度扭曲变形,后退侧组织无明显变形;接头横截面中线的显微硬度分布呈"W"型,焊核区硬度相对母材有所下降,约为母材硬度的88%。距离焊缝中心约25 mm处的软化区硬度最低,约为母材硬度的72%;接头上、中、下三层疲劳极限相近,疲劳试样大多断裂于热影响区软化区,而"S"线缺陷的存在并未引发疲劳源。

A7N01S-T5铝合金激光-MIG复合焊接头低温韧性研究

针对高速列车用A7N01S-T5铝合金的激光-MIG电弧复合焊接接头的焊缝(W)、热影响区(HAZ)和母材(BM)分别在20℃、0℃、-20℃、-40℃及-60℃条件下进行冲击韧性和断裂韧性试验研究。结果表明:在相同温度下,热影响区的冲击韧性和断裂韧性最好,母材次之,焊缝最差。随着温度的降低,激光-MIG复合焊接头三个区的冲击韧性和断裂韧性都有一定程度的提高,但是变化幅度小。热影响区和母材的断口韧窝尺寸大于焊缝,在断裂过程中能产生较大变形来抵抗裂纹的扩展,吸收更多的能量,表现出良好的断裂韧性。

A7N01S-T5铝合金焊接接头应力腐蚀性能

通过四点弯梁恒位移应力腐蚀实验方法对A7N01S-T5焊接接头进行应力腐蚀实验研究,通过失重研究焊接接头的腐蚀动力学变化趋势,通过激光共聚焦显微镜观察焊接接头的微观腐蚀形貌,并对热影响区、焊缝区和母材区的腐蚀面积率和腐蚀深度进行统计,比较各区的腐蚀程度。结果表明,在NaCl腐蚀介质中,A7N01S-T5焊接接头的失重呈对数增长趋势,微观形貌表明,热影响区的腐蚀程度最大,焊缝区腐蚀程度最小。

微弧氧化电参数对A7N01S-T5铝合金耐腐蚀性能的影响

采用单因素法,对微弧氧化的主要电参数对A7N01S-T5铝合金微弧氧化膜层性能的影响进行研究。结果表明,随电流密度和脉冲频率的增加,膜层厚度和粗糙度均增加。随占空比的增加,膜层厚度和粗糙度均先降低后增加。腐蚀电流和腐蚀电位变化较复杂。选择电参数为电流密度5 A/dm2,脉冲频率200 Hz,占空比22.5%。微弧氧化处理后试样的耐腐蚀性明显优于未氧化处理的试样。

A7N01S-T5铝合金激光-MIG复合焊接头晶间腐蚀性能研究

通过宏观形貌和微观形貌观察、硬度测试、测量腐蚀失重等方法对高速列车用A7N01S-T5激光-MIG复合焊接头进行了晶间腐蚀性能研究。结果表明:腐蚀会降低焊接接头的硬度;在含Cl-的腐蚀介质中,焊接接头的腐蚀程度大于母材,接头热影响区是腐蚀最严重的区域。这是由于焊接热作用的影响导致热影响区晶粒粗化和强化相在晶界富集,削弱了晶界的结合能,腐蚀最先从晶界开始发生所致。

A7N01S-T5铝合金接头疲劳性能研究

A7N01S-T5铝合金在现代化高速列车中应用广泛,而焊接是铝合金高速列车车体连接的最主要方式。据统计,铝合金结构件中90%的断裂是由承受重复性动载的焊接接头的疲劳破坏引起的。针对A7N01S-T5铝合金焊接接头疲劳性能进行研究,结果显示,试验所用试件中均有不同数量程度的气孔,且随着厚度的增加,气孔数量在呈上升趋势,致使厚板疲劳性能降低。

A7N01S-T5铝合金焊接接头疲劳性能比较

目的通过升降法研究了A7N01S-T5铝合金熔化极氩气保护焊(MIG)不同形式、不同厚度焊接接头疲劳性能,结果表明4 mm、8 mm和16 mm厚7N01铝合金对接接头、横向十字接头和搭接接头的疲劳强度范围分别为72.73–39.84Mpa、60.88–34.32MPa和42.15–32.49MPa;上述接头的应力集中系数范围分别为1.06–1.27、1.10–1.35和5.23–6.50。接头内部气孔和几何形状所诱发的应力集中是7N01铝合金焊接结构疲劳失效的重要原因。

合金元素对A7N01S-T5铝合金力学性能和断裂韧性的影响

测试4种A7N01S-T5铝合金的力学性能和断裂韧性,研究了不同合金元素的影响。结果表明:影响A7N01S-T5铝合金性能的3类合金元素适宜的成分配比为Zn(4.34)、Mg(1.43),Mn(0.27)、Cr(0.13),Zr(0.12)、Ti(0.066)。在此条件下,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击功和断裂韧度分别为415 MPa,378 MPa,13.49%,12.3J和28.950 k J·m-2。极差分析表明,Zn、Mg含量是合金强度与塑性共同的主要影响因素。因此,为了制备出综合性能优异的合金,需选取适当的Zn、Mg含量。对于成分配比适宜的合金,其晶内析出相η′(Mg Zn2)呈细小弥散状分布,而晶界析出相η(Mg Zn2)粗大,呈断续状分布。

国产A7NO1S-T5铝合金型材MIG焊接接头疲劳性能研究

对10 mm厚的高速列车用国产A7N01S-T5铝合金挤压型材熔化极气体保护焊(MIG)平滑接头和带余高接头进行了疲劳试验,测定了反映接头疲劳性能的S-N曲线,对典型疲劳断口进行了扫描电镜分析,比较平滑接头和带余高接头的疲劳性能。结果表明:在置信度为90%、存活率为50%、误差限为6%的条件下,平滑接头疲劳极限为105 MPa,带余高接头疲劳极限仅为75 MPa。焊接缺陷是影响平滑接头疲劳极限的主要原因,而焊趾处的应力集中则是影响带余高接头疲劳极限的主要原因。

不同处理工艺对A7NO1S-T5铝合金焊接接头残余应力的影响

采用热处理、机械振动以及毫克能超声冲击技术对A7N01S-T5铝合金焊接接头进行处理,并采用X射线衍射法测量这三种处理方法前后的焊接残余应力。结果表明:采用超声冲击对铝合金焊接接头表面残余应力的处理效果最为显著,消除率达到了95%;采用热处理退火,焊缝及热影响区焊接残余应力有所降低,而母材区则有所升高,能有效均匀化焊接接头残余应力;而采用机械振动处理,应力只降低了约35%,效果相对较差。

不同焊丝对A7N01铝合金焊接接头力学性能的影响

采用ER5356、ER5183和ER5087焊丝对A7N01S-T5铝合金进行MIG焊接,分析接头力学性能。试验结果表明,三种焊丝的接头焊接残余应力大小基本相当;采用ER5183焊丝焊接的接头抗拉强度和断后伸长率最高,且弯曲性能良好,原因是接头内气孔量较少;采用ER5356焊丝焊接的接头焊缝和热影响区的冲击功最高,ER5087焊丝接头焊缝和热影响区冲击功则低得多。综合来看,ER5183焊丝与A7N01S-T5铝合金的匹配性更好。

线能量对A7N01铝合金焊接接头组织及性能的影响

通过对A7N01S-T5铝合金不同线能量条件下双脉冲MIG焊(熔化极惰性气体保护焊)对接接头组织和力学性能的比较,得到以下结论:适中的线能量可以得到较为美观的焊缝表面成型;线能量的增大,促进了焊缝内第二相的析出,树枝晶也随之增多,同时也促进了热影响区晶粒的长大;而在较低的线能量条件下得到了相对较好的综合力学性能。