A7N01S-T5鋁合金MIG焊接頭力學(xué)性能與應(yīng)力腐蝕行為的研究.pdf

1、高強(qiáng)度鋁合金作為輕量化材料，已廣泛應(yīng)用于高速列車、地鐵和輕軌等。A7N01S-T5鋁合金作為高速列車用新型材料，主要用于列車底座緩沖器、牽引梁等受力關(guān)鍵部位。由于列車運(yùn)行環(huán)境的多變性和復(fù)雜性，鋁合金焊接后的力學(xué)行為成為焊接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和有效性的關(guān)鍵。本文主要研究A7N01S-T5鋁合金焊接接頭的組織、靜力學(xué)性能、沖擊韌性以及高頻低載下的疲勞行為，并深入分析了焊接接頭的應(yīng)力腐蝕行為和腐蝕機(jī)理，對高速列車運(yùn)行的安全性及焊接材料的開發(fā)具有一定的

2、理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　采用MIG焊接方法進(jìn)行焊接，將焊接接頭加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣，進(jìn)行組織、沖擊韌性、疲勞失效機(jī)理和應(yīng)力腐蝕行為的研究。利用MTS810伺服材料試驗(yàn)設(shè)備、半自動(dòng)沖擊設(shè)備、高頻疲勞試驗(yàn)設(shè)備對試樣進(jìn)行力學(xué)破壞試驗(yàn)，并利用慢應(yīng)變速率試驗(yàn)機(jī)對接頭試樣進(jìn)行應(yīng)力腐蝕試驗(yàn);利用金相技術(shù)(OM)、X射線衍射(XRD)、電子掃描(SEM)與能譜(EDS)相結(jié)合等先進(jìn)檢測分析方法，對試樣微觀結(jié)構(gòu)、失效機(jī)理、斷口形貌及物相成分等深入分析。

3、r>　　試驗(yàn)分析表明，焊接接頭存在嚴(yán)重組織不均勻性，熔合區(qū)與熱影響區(qū)是力學(xué)性能最差的區(qū)域。焊縫區(qū)組織主要為等軸樹枝晶，主要強(qiáng)化相α(Mg2Al)相和β(Mg2Al3)發(fā)生部分溶解。熔合區(qū)與熱影響區(qū)內(nèi)形成粗大柱狀晶，熔合區(qū)內(nèi)η相(MgZn2)在晶界處出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，以球狀固溶于鋁基體內(nèi)。熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了無沉淀析出區(qū)域，母材區(qū)強(qiáng)化相分布均勻。硬度測試結(jié)果表明，焊縫區(qū)與熔合區(qū)硬度低于其他位置，在熔合區(qū)靠近熱影響區(qū)處硬度最低(70HV)。靜拉伸試

4、驗(yàn)分析得出，焊接系數(shù)僅為67％，抗拉強(qiáng)度下降了37％。焊接接頭斷裂于熔合區(qū)，氫氣孔和脆性雜質(zhì)為裂紋源。
　　沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，在瞬間沖擊載荷作用下焊縫區(qū)的韌性最好，沖擊斷裂能是32.3J，而熱影響區(qū)的最差，斷裂能僅為24.2J。原因是晶粒粗化效應(yīng)與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速率瞬間增加，低熔點(diǎn)共晶形成的薄膜是影響焊縫區(qū)與熱影響區(qū)耐沖擊的重要因素。疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，焊接接頭與母材的疲勞壽命隨應(yīng)力幅值的升高呈下降趨勢，焊趾與熔合區(qū)成為接頭疲勞斷裂的薄

5、弱位置。位錯(cuò)在晶界處的塞積、雜質(zhì)相與脆性相在晶界處的偏析以及細(xì)小未共格或半共格第二相質(zhì)點(diǎn)切斷后形成的無沉淀區(qū)促進(jìn)了裂紋的形成。
　　極化和應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)表明，焊接接頭的腐蝕電壓和腐蝕電流密度分別達(dá)到了-1324mV和0.03mA/cm2，自腐蝕敏感性高于母材。腐蝕環(huán)境下，材料內(nèi)部的強(qiáng)化相失去強(qiáng)化作用。當(dāng)應(yīng)變速率升高時(shí)，接頭與母材的斷裂吸收功降低，強(qiáng)度損失和塑性損失增加。腐蝕環(huán)境下接頭應(yīng)變速率在5×10-6mm/s時(shí)，A7N01S-T

6、5接頭的應(yīng)力腐蝕開始加劇。在應(yīng)變速率9×10-6mm/s下，腐蝕環(huán)境下的接頭力學(xué)性能出現(xiàn)了最低，應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)達(dá)到了0.42，腐蝕最嚴(yán)重。A7N01S-T5焊接接頭的SCC機(jī)理是母材與接頭均通過表層鈍化膜的滑移形成點(diǎn)蝕，以應(yīng)變和腐蝕介質(zhì)為源動(dòng)力，產(chǎn)生的氫氣隨腐蝕介質(zhì)侵入，加速裂紋脆化擴(kuò)展。
　　母材內(nèi)晶界處粗化偏析強(qiáng)化相以陽極優(yōu)先于母材溶解，形成晶間腐蝕隧道。強(qiáng)化相種類及含量不同，導(dǎo)致在腐蝕介質(zhì)下焊縫區(qū)與熱影響區(qū)共同形成腐蝕微電