U75V钢轨钢闪光对焊接头微观组织及疲劳断裂机理研究

发布时间：2017-06-19 19:13

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【摘要】：当前,U75V钢轨钢是高速铁路钢轨的主要材料,通常采用闪光对焊进行连接。鉴于疲劳断裂是钢轨焊接接头的主要失效模式及为了保证钢轨具有足够的使用寿命,本文通过综合考虑金相组织、显微硬度、疲劳S-N曲线和疲劳断口形貌研究了基于三种不同闪光对焊工艺参数的U75V钢轨钢闪光对焊接头的疲劳性能。对钢轨焊接接头部分表面进行超声冲击处理,研究了超声冲击处理前后焊接接头疲劳断裂机理的差异;基于高速列车钢轨复杂的服役环境,进行了超声冲击处理前后钢轨焊接接头的腐蚀疲劳研究,探索闪光对焊接头在内部缺陷和外部腐蚀双重作用下的疲劳断裂机制及超声冲击处理技术提高焊接接头腐蚀疲劳性能的可行性。研究表明,顶锻压力显著影响焊接接头的疲劳性能,相对较高的顶锻压力有利于提高接头的疲劳强度。经人工海水腐蚀后,原始焊态接头的疲劳寿命显著降低。经超声冲击处理后,接头表层形成纳米晶并产生残余压缩应力,此时接头的疲劳寿命、耐磨性和耐腐蚀性都得到了一定程度的提高。具体研究结果:超声冲击态接头的疲劳强度比原始焊态接头的疲劳强度提高了23%;人工海水腐蚀态接头与原始焊态接头相比,其疲劳强度降低了13.5%;超声冲击腐蚀态接头的疲劳强度比原始焊态接头的疲劳强度仅降低了8%;超声冲击态接头的耐磨性比原始焊态接头的耐磨性提高了29%。焊接接头的疲劳断口分析表明:三种闪光对焊工艺参数下,断裂于焊接接头处的疲劳断裂均具有显著的脆性断裂特征,断裂于母材处的疲劳断裂则具有韧性断裂特征。除第I种闪光对焊工艺参数下的接头疲劳断口仅能观察到两个区域外(无明显瞬时断裂区),其它两种参数下接头的疲劳断口均能观察到疲劳断口的三个典型区域。
【关键词】：U75V钢轨钢 焊接接头 超声冲击 疲劳断裂机理
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG407
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 课题的研究背景和意义11-15
• 1.1.1 高速列车钢轨焊接接头疲劳性能研究的必要性11-12
• 1.1.2 高速列车钢轨焊接接头疲劳行为的研究现状12-14
• 1.1.3 强化焊接接头表面性能的超声表面纳米化技术14-15
• 1.2 钢轨的焊接方法15
• 1.2.1 几种常用的钢轨焊接方法比较15
• 1.2.2 钢轨焊接方法的选择15
• 1.3 闪光对焊工艺15-18
• 1.3.1 闪光对焊的工艺原理15-16
• 1.3.2 闪光对焊工艺的不同阶段16-17
• 1.3.3 闪光对焊的特点17
• 1.3.4 闪光对焊的应用17-18
• 1.4 影响焊接结构疲劳强度的主要因素18-20
• 1.4.1 焊接缺陷的影响18-19
• 1.4.2 静载强度的影响19
• 1.4.3 应力集中的影响19
• 1.4.4 残余应力的影响19-20
• 1.5 金属材料表面纳米化技术20-23
• 1.5.1 材料表面纳米表层的制备方法21
• 1.5.2 表面纳米化对材料性能的影响21-23
• 1.6 本课题的研究内容23-25
• 第二章 试验材料、方法及设备25-33
• 2.1 试验材料25-26
• 2.2 试验方法及设备26-30
• 2.2.1 闪光对焊工艺流程26-27
• 2.2.2 正火处理工艺27-28
• 2.2.3 超声冲击试验28-29
• 2.2.4 腐蚀试验29
• 2.2.5 疲劳试验29-30
• 2.3 性能测试方法30-32
• 2.3.1 接头微观组织的分析方法30
• 2.3.2 接头显微硬度的分析方法30-31
• 2.3.3 纳米表层的分析方法31
• 2.3.4 X射线衍射分析方法31
• 2.3.5 耐磨性分析方法31-32
• 2.3.6 疲劳断口形貌分析方法32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 U75V钢轨闪光对焊接头显微组织和硬度分析33-47
• 3.1 闪光对焊接头的宏观形貌33-34
• 3.2 闪光对焊接头的金相组织特点34-40
• 3.2.1 第I种焊接接头的金相组织34-35
• 3.2.2 第II种焊接接头的金相组织35-36
• 3.2.3 第III种焊接接头的金相组织36-37
• 3.2.4 第I种焊接接头经正火处理后的金相组织37-39
• 3.2.5 第II种焊接接头经正火处理后的金相组织39-40
• 3.3 闪光对焊接头的显微硬度特点40-44
• 3.3.1 第I种焊接接头的显微硬度分布40-41
• 3.3.2 第II种焊接接头的显微硬度分布41-42
• 3.3.3 第III种焊接接头的显微硬度分布42-43
• 3.3.4 第I种焊接接头经正火处理后的显微硬度分布43
• 3.3.5 第II种焊接接头经正火后的显微硬度分布43-44
• 3.4 本章小结44-47
• 第四章 超声冲击改善焊接接头力学性能研究47-55
• 4.1 超声冲击态接头的宏观形貌47-48
• 4.2 超声冲击态接头的金相组织48-49
• 4.3 超声冲击处理细化接头表层晶粒的机理分析49-51
• 4.4 超声冲击处理前后变形层的显微硬度分析51-52
• 4.5 X射线衍射分析52-53
• 4.6 耐磨性分析53
• 4.7 本章小结53-55
• 第五章 U75V钢轨闪光对焊接头的疲劳断裂机理55-75
• 5.1 疲劳S-N曲线及数据的分析方法55-56
• 5.1.1 S-N曲线基本概念55
• 5.1.2 疲劳数据的统计处理55-56
• 5.2 疲劳实验结果分析56-60
• 5.2.1 第I、II两种工艺焊接接头的疲劳实验结果56-58
• 5.2.2 第III种工艺焊接接头的疲劳实验结果58-60
• 5.3 疲劳S-N曲线60-62
• 5.3.1 第I、II两种工艺闪光对焊接头的疲劳S-N曲线60
• 5.3.2 第III种工艺闪光对焊接头的疲劳S-N曲线60-62
• 5.4 疲劳断口分析62-74
• 5.4.1 第I种工艺原始焊态接头的疲劳断口分析63-65
• 5.4.2 第II种工艺原始焊态接头的疲劳断口分析65-67
• 5.4.3 第II种工艺腐蚀态接头的疲劳断口分析67-69
• 5.4.4 第III种工艺原始焊态、冲击态接头的疲劳断口分析69-71
• 5.4.5 第III种工艺冲击-腐蚀复合态接头疲劳断口分析71-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 结论75-77
• 参考文献77-86
• 攻读硕士学位期间的项目经验和发表的学术论文86-87
• 致谢87

【参考文献】

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1 俞U

本文编号：463510