超声冲击对转向架焊接十字接头表层组织及超高周疲劳性能的影响

发布时间：2017-05-15 18:01

  本文关键词：超声冲击对转向架焊接十字接头表层组织及超高周疲劳性能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：常规疲劳设计准则是以小于107循环周次为基础建立的,但它们不适用于焊接结构在超长寿命服役的情况,因此需提出新的规范。由于高速列车迅速发展,超高周疲劳行为研究成为确保高速列车转向架长期稳定运行的重要课题。在服役期内转向架需经受109~1010周次而不发生疲劳破坏。转向架的制造采用焊接的方法,但焊接接头又是焊接结构的薄弱环节。超声冲击是一种有效的焊接后处理工艺,能够提高焊接接头的疲劳强度。本文采用高速列车转向架用钢SMA490BW的焊接试样,采用熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊接试样。本文采用超声冲击设备处理焊接接头,并研究超声冲击对试样超高周疲劳性能的影响。采用超声疲劳试验设备研究试样的超高周疲劳性能,由于超声疲劳试验的加载频率很高,适用于试样超长周次疲劳试验。采用JSM-6360LA型扫描电镜分析试样的断口形貌。采用JEM-2100型透射电镜观察冲击后焊趾表面的微观组织结构。相比于焊态试样,超声冲击处理能够明显提高试样的疲劳强度,疲劳强度提高了25%。无论在低应力范围还是高应力区,焊态试样的裂纹源数量为多个,而冲击试样的裂纹源数量为单个。焊态试样的裂纹起源于焊趾表面因小焊趾半径而引起的应力集中处。超声冲击试样的裂纹源位置同样位于焊趾表面处,是由于冲击在焊趾表面产生剧烈的塑性变形产生微观裂纹而引起的应力集中。试样疲劳强度的提高主要由于冲击修整焊趾处外形、表面纳米化、表面静强度的提高和诱发产生残余压应力。冲击态试样相比于焊态试样,焊趾角减小了17%,焊趾半径增大了430%,促使焊趾处的应力集中明显降低,因此降低了疲劳裂纹萌生的概率。超声冲击降低了焊趾区域的残余拉应力,转变为残余压应力,降低了185.9%。残余压应力的产生降低了实际施加在试样上的载荷。超声冲击在试样表层引入塑性变形,增加了位错密度和位错的交互作用。这些交互作用增加了试样外表面的显微硬度,比未处理试样增加了47.3%。表面静强度的提高阻碍了裂纹扩展。超声冲击能在试样表面产生剧烈的塑性变形而形成一层纳米晶,冲击参数为10min/1.5A时的表面晶粒尺寸为30 nm。SMA490BW钢焊接焊趾表面纳米化机理与产生的高密度位错,高密度位错缠结和位错墙相关。来回循环冲击加剧了试样表面的塑性变形,导致晶粒细化。由于先前的冲击产生位错缠结和位错墙,不利于进一步的塑性变形,继续冲击使表面吸收更多能量。因此,沿深度方向远离表面区域的晶粒由于塑性变形小而不能被细化,形成呈梯度变化的晶粒分布。
【关键词】：超声冲击 超高周疲劳 残余压应力 晶粒细化
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG405;TB559
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 前言9
• 1.2 母材超高周疲劳研究概况9-12
• 1.2.1 超高周疲劳裂纹萌生10-11
• 1.2.2 超高周疲劳裂纹扩展11-12
• 1.3 超声冲击处理焊接接头研究概况12-15
• 1.4 焊接接头超高周疲劳研究概况15-17
• 1.5 超声冲击对钢表面摩擦磨损性能影响研究概况17-18
• 1.6 本文研究的目的和主要内容18-20
• 第二章 超声疲劳试验技术20-25
• 2.1 超声疲劳试验原理20-22
• 2.2 超声疲劳试样的解析计算22-25
• 第三章 超声疲劳试验25-42
• 3.1 SMA490BW钢板状母材超声疲劳试验25-28
• 3.1.1 试验条件25-26
• 3.1.2 试验结果26-27
• 3.1.3 疲劳S-N数据及分析27-28
• 3.2 SMA490BW钢十字焊接接头超声疲劳试验28-32
• 3.2.1 试验条件28-29
• 3.2.2 试验结果29-30
• 3.2.3 疲劳S-N数据及分析30-32
• 3.3 SMA490BW钢冲击态十字接头超声疲劳试验32-40
• 3.3.1 试验条件32
• 3.3.2 试验结果32-35
• 3.3.3 疲劳S-N数据及分析35-40
• 3.4 结论40-42
• 第四章 疲劳断口分析42-60
• 4.1 SMA490BW钢母材疲劳断口42-47
• 4.2 SMA490BW钢焊态疲劳断口47-53
• 4.3 SMA490BW钢冲击态疲劳断口53-59
• 4.4 结论59-60
• 第五章 超声冲击SMA490BW焊接接头焊趾表面晶粒细化机理60-67
• 5.1 冲击态试样焊趾区域低倍显微组织结构60-62
• 5.2 冲击态试样焊趾区域高倍微观组织结构62-65
• 5.3 冲击态试样焊趾区域晶粒细化机理65-66
• 5.4 结论66-67
• 第六章 超声冲击对SMA490BW钢其它性能的影响67-73
• 6.1 摩擦磨损67-71
• 6.1.1 实验条件及方法67-68
• 6.1.2 微观结构68
• 6.1.3 硬度试验68-69
• 6.1.4 摩擦磨损试验69-71
• 6.2 结论71-73
• 第七章 结论与展望73-75
• 7.1 主要工作回顾73-74
• 7.2 本课题今后需进一步研究的地方74-75
• 参考文献75-81
• 个人简历 在读期间发表的学术论文81-82
• 致谢82

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本文编号：368436