轨道交通用7N01铝合金的应力腐蚀性能研究

发布时间：2017-10-23 11:10

  本文关键词：轨道交通用7N01铝合金的应力腐蚀性能研究

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【摘要】：7N01铝合金最早是由日本开发的轨道交通用高强铝合金,是轨道车辆的重要承载结构材料,常用于车体底框架横梁。其具有高强度、良好的热加工性能及优良的焊接性能,但其易发生应力腐蚀开裂(SCC),会带来灾难性的后果。本文主要研究7N01铝合金的SCC的机理与影响因素,并通过优化合金成分及热处理工艺,改善合金的显微组织,达到提高7N01铝合金抗SCC性能的目的。采用光学显微镜(OM)、电子扫描显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线荧光光谱仪分析了国产及进口7N01铝合金的显微组织及化学成分,通过X射线衍射仪(XRD)进行物相分析,采用同步热分析仪(DSC)进行了相变过程分析,采用慢应变应力腐蚀试验机进行慢应变速率试验(SSRT),通过数字电导率仪、电化学工作站进行电导率与动电位极化曲线测试,采用热模拟机研究了铝合金在高温加工过程中流变力学特性与组织演变规律。实验结果表明,MgZn2是7N01铝合金的主要强化相,当Si含量过高,导致Mg与Si结合形成Mg2Si相,降低合金的抗拉强度及硬度。含Fe、Si杂质相含量越少,相间距越大,合金的抗应力腐蚀开裂性能越好。合金的再结晶温度高,经热加工及热处理后保持晶粒沿变形方向呈纤维状有利于提高抗应力腐蚀性能。DCB(双悬臂梁)实验结果表明进口合金主要是沿晶开裂及穿晶解理开裂,而国产合金则以沿晶开裂和阳极通道两种方式产生破裂。SSRT结果表明国产及进口7N01铝合金在3.5%NaCl溶液、(3.5%NaCl+0.5%H2O2)混合溶液中都具有较高的SCC敏感性,而在(3.5%NaCl+0.5%H2O2)混合溶液中具有更高的SCC敏感性。国产合金在3.5%NaCl溶液及(3.5%NaCl+0.5%H2O2)混合溶液中都具有比进口合金更高的SCC敏感性。进口和国产7N01铝合金板材的长横向比纵向具有更高的SCC敏感性。在7N01铝合金的应力腐蚀敏感速度范围(10-6～10-7S-1)内,国产及进口7N01铝合金的SCC敏感性都随初始应变速率的增大而减少。在(3.5%NaCl+0.5%H2O2)混合溶液中,35℃以上时,随着温度的上升,铝合金的SCC敏感性降低,断裂时间延长。高温预析出工艺(470℃/lh+400℃/30min+120℃/24h)可以明显提高7N01铝合金的抗应力腐蚀性能,同时提高材料的塑性,但是抗拉强度会有约10%的下降。粗大的含Fe、Si杂质相的含量及分布方式对7N01铝合金的应力腐蚀开裂具有重要影响。在进口及国产板材中,粗大杂质相是点蚀裂纹源形成的主要原因,在拉应力的作用下,裂纹尖端扩展导致SCC的发生。此外,进口板材中的沿晶腐蚀也是开裂的重要因素；而在国产板材中,粗大的第二相主要是沿晶界分布,且间距小,在拉应力的作用下,裂纹源沿晶快速扩展,并串连成连通的阳极腐蚀通道,形成粗大的裂纹导致合金更快断裂。挤压型材的SCC模式并不同于国产及进口板材,其主要是滑移溶解导致SCC。Nb元素可以改变粗大杂质相在晶界的析出形态,其在7N01铝合金中主要以Al3Nb相与Fe2Nb0.3Zr0.7相存在。添加Nb元素能够抑制Mg2Si相的形成。随着Nb含量的增加,7N01合金的电导率升高,根据电导率与应力腐蚀的关系,可以判断添加元素Nb有助于提高7N01铝合金的抗应力腐蚀性能。国产及进口7N01铝合金的铸态试样热压缩变形模拟(温度：400℃,变形量：50%,应变速率：O.1s-1)的结果表明：在400℃进行热变形时,国产铝合金会发生明显的动态再结晶过程；而进口合金不发生再结晶,表明其具更高的抗再结晶能力。
【关键词】：7N01铝合金 应力腐蚀开裂 慢应变速率试验 热处理
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 铝合金简介10
• 1.2 高强铝合金应力腐蚀简介10-11
• 1.3 应力腐蚀机理11-12
• 1.3.1 阳极溶解理论12
• 1.3.2 氢脆理论12
• 1.4 应力腐蚀试验方法12-15
• 1.4.1 恒载荷法13
• 1.4.2 恒应变法13
• 1.4.3 慢应变速率法13-14
• 1.4.4 其他方法14-15
• 1.5 轨道交通用7N01铝合金的应用及研究现状15-17
• 1.6 选题的研究意义与目的17-19
• 第2章 实验方法与原理19-27
• 2.1 试验材料19-20
• 2.2 实验设备与仪器20
• 2.3 研究路线20-21
• 2.4 实验原理及方法21-27
• 2.4.1 金相试样制备21
• 2.4.2 X射线衍射分析21
• 2.4.3 力学性能测试21
• 2.4.4 极化曲线21-22
• 2.4.5 差热分析22
• 2.4.6 DCB试验22-24
• 2.4.7 SSRT试验24-25
• 2.4.8 铝合金熔炼25-26
• 2.4.9 热变形模拟26-27
• 第3章 7N01铝合金板材组织及性能27-37
• 3.1 7N01铝合金板材的显微组织27-32
• 3.1.1 金相组织27-31
• 3.1.2 XRD物相分析31-32
• 3.1.3 差热分析(DSC)曲线32
• 3.2 7N01板材力学性能对比分析32-34
• 3.2.1 抗拉强度及硬度测试32-33
• 3.2.2 断口分析33-34
• 3.3 动电位极化曲线34-35
• 3.4 小结35-37
• 第4章 7N01铝合金的应力腐蚀性能研究37-66
• 4.1 SCC的影响因素37-39
• 4.1.1 合金成分37-38
• 4.1.2 热处理制度38
• 4.1.3 晶粒度38-39
• 4.1.4 pH值的影响39
• 4.2 恒位移试验39-41
• 4.3 慢应变应力腐蚀试验41-59
• 4.3.1 应力腐蚀敏感性测试41-51
• 4.3.2 应变速率对7N01铝合金板材SCC的影响51-55
• 4.3.3 温度对7N01铝合金板材SCC的影响55-56
• 4.3.4 SCC裂纹源的形成与扩展56-59
• 4.4 热处理工艺对SCC的影响59-64
• 4.4.1 热处理工艺路线59-60
• 4.4.2 金相组织分析60-61
• 4.4.3 热处理试样SSRT试验61-63
• 4.4.4 断口分析63-64
• 4.5 小结64-66
• 第5章 7N01铝合金的熔铸66-74
• 5.1 Nb元素对7N01铝合金性能的影响66-70
• 5.1.1 金相分析67-68
• 5.1.2 X射线衍射分析68-69
• 5.1.3 电导率69-70
• 5.2 热变形模拟70-73
• 5.2.1 金相分析70-71
• 5.2.2 热变形模拟曲线图71-73
• 5.3 小结73-74
• 第6章 结论74-76
• 参考文献76-80
• 展望80-81
• 致谢81-82
• 附录82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：1083085