轨道交通用6005A合金挤压型材的疲劳性能研究
发布时间：2021-03-07 23:47
Al-Mg-Si-Cu合金因其良好的挤压性能和不存在应力腐蚀现象成为了轨道交通车辆结构件的优选材料,其用量和需求量在不断增加。轨道交通车辆上的构件,由于其长时间处于交变载荷下的特殊服役条件,因此对其疲劳性能的研究显得尤为重要。本文选取企业试产的Al-Mg-Si-Cu合金中的6005A铝合金为研究对象,对其疲劳性能进行研究。首先通过高周疲劳试验和疲劳裂纹扩展试验获得了应力-寿命数据和裂纹长度-寿命数据,对试验数据处理得到6005A铝合金的S-N曲线和a-N曲线。同时利用金相显微镜、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）以及能谱（EDS）等观察检测手段,对6005A铝合金疲劳失效试样的组织结构、断口形貌及相关断裂机理进行了观测分析研究。主要得到以下结论:（1）试验用6005A铝合金挤压型材在应力比R=0.1下的中值疲劳强度为164.5MPa,S-N曲线方程表达形式为lg N50（28）10.696-0.024S。（2）材料内部存在的孔洞缺陷、Al2O3夹杂和粗大的含Fe元素的第二相粒子对试验用6005A铝合金疲劳裂纹萌生及...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的Al-Mg-Si-Cu合金最大硬化90%的时间-温度-性能曲线
1.4.3 疲劳断裂过程用光学读数显微镜对疲劳断裂过程观测可以看到以下几个阶段：① 裂纹成核；② 微观裂纹扩展；③ 宏观裂纹扩展；④ 最终断裂。图1.2 是典型的疲劳断裂过程的示意图。用显微镜观察材料的疲劳断裂过程，从材料的表面可以看到非常明显的凹凸不平的形状。这是构成材料的晶粒在循环载荷的作用下突出材料的外表面，并且沿着晶粒的滑移面方向反复的滑移变形，从而形成了如图左侧所示的突起和凹入的隆脊和沟槽。这种凹凸形状的隆脊和沟槽继续发展，就会沿着滑移面形成 1~2 个晶粒大小的初始裂纹。这一阶段的裂纹扩展过程被称为微观裂纹扩展阶段（也称裂纹扩展第一阶段）。初始微小裂纹在拉伸应力的作用下，方向会逐渐地向着与应力相垂直的方向过渡，部分沿着最大剪切应力方向扩展。这一阶段的裂纹扩展过程称为宏观裂纹扩展阶段（也称裂纹扩展的第二阶段）。第二阶段的裂纹扩展到一定程度后，材料的表面积不足以承受下一次应力时，材料瞬间断裂，整个疲劳断裂过程结束。实际上，任何一个机械构件所受到的应力都是不规则的，在实验室中即使是模仿这样不规则的变动载荷
2.1.1 实验材料本试验选取 Al-Mg-Si-Cu 合金中在轨道交通车辆中使用广泛的 6005A 铝合金为研究对象，具体试验用材料为广东某铝业公司提供。试验用材料为企业试产，化学成分配比未必使材料性能达到最佳。其实测化学成分如表2.1 所示。表2.1 试验用6005A 铝合金实测化学成分（wt﹪）牌号 Si Mg Cu Mn Fe Cr Zn Ti Al6005A 0.80 0.50 0.28 0.22 0.30 0.08 0.20 ＜0.1 余量2.1.2 工艺流程试验用 6005A 挤压型材的实际生产工艺路线如图 2.1 所示。主要过程为熔炼、铸造、均匀化、挤压、在线淬火、人工时效。具体的工艺参数如下：均匀化热处理温度为 540℃，保温时间为 6 小时。热挤压温度为480 ℃，挤压筒温度 420℃，挤压速度为 5m/min。淬火温度为530 ℃，淬火时间内对铝合金板材进行预拉伸变形 2%。人工时效温度 175℃，保温时间为8 小时。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RE（RE=Dy,Er）元素对Mg-Zn系合金微观结构及力学性能的影响[J]. 刘小清,赵东山,叶礼,庄园林,高圣博,周嘉萍,桂嘉年,王建波. 电子显微学报. 2018(02)
[2]5B70铝合金板材疲劳裂纹萌生与扩展机制[J]. 方杰,徐翩,刘刚,孟松,赖松柏,姜锋. 材料热处理学报. 2017(10)
[3]服役经历对7N01铝合金断裂力学性能的影响[J]. 张啸尘,谢里阳,胡杰鑫,张诗健. 东北大学学报(自然科学版). 2017(10)
[4]Al-Cu-Mg-Ag合金T6和T840条件下的高周疲劳性能（英文）[J]. Marat GAZIZOV,Rustam KAIBYSHEV. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(06)
[5]基于微观结构的航空铝合金点蚀扩展行为研究[J]. 刘治国,王海东,穆志韬. 航空工程进展. 2017(02)
[6]铝合金挤压型材在轨道交通中的应用及技术标准[J]. 高安江,刘平礼,王明坤,张茂亮,臧凯. 世界有色金属. 2017(07)
[7]城市轨道交通工程车辆选型研究[J]. 刘亚雄,李伟,林勇. 现代城市轨道交通. 2017(02)
[8]腐蚀环境对2024铝合金搅拌摩擦焊缝疲劳与裂纹扩展性能的影响（英文）[J]. 王磊,回丽,周松,许良,何波. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(11)
[9]交通运输用铝合金材料研究进展[J]. 聂德键,罗铭强,陈文泗,罗伟浩,梁世斌. 有色金属加工. 2016(05)
[10]低周疲劳预损伤对TA11合金高周疲劳强度的影响[J]. 石多奇,骆银银,赵鹏涛,于慧臣,杨晓光. 航空动力学报. 2016(02)
硕士论文
[1]6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织与性能的研究[D]. 迟珉良.长春工业大学 2017
[2]稀土改性和热处理对Al-Mg-Si-Fe合金组织及性能影响的研究[D]. 万彬.合肥工业大学 2015
[3]高强高韧Al-Zn-Mg-Cu合金疲劳断裂性能以及微观组织的研究[D]. 文康.中南大学 2010
[4]疲劳断裂失效的计算机知识表达及可靠度[D]. 刘新灵.北京航空材料研究院 2001
本文编号：3070023
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的Al-Mg-Si-Cu合金最大硬化90%的时间-温度-性能曲线
1.4.3 疲劳断裂过程用光学读数显微镜对疲劳断裂过程观测可以看到以下几个阶段：① 裂纹成核；② 微观裂纹扩展；③ 宏观裂纹扩展；④ 最终断裂。图1.2 是典型的疲劳断裂过程的示意图。用显微镜观察材料的疲劳断裂过程，从材料的表面可以看到非常明显的凹凸不平的形状。这是构成材料的晶粒在循环载荷的作用下突出材料的外表面，并且沿着晶粒的滑移面方向反复的滑移变形，从而形成了如图左侧所示的突起和凹入的隆脊和沟槽。这种凹凸形状的隆脊和沟槽继续发展，就会沿着滑移面形成 1~2 个晶粒大小的初始裂纹。这一阶段的裂纹扩展过程被称为微观裂纹扩展阶段（也称裂纹扩展第一阶段）。初始微小裂纹在拉伸应力的作用下，方向会逐渐地向着与应力相垂直的方向过渡，部分沿着最大剪切应力方向扩展。这一阶段的裂纹扩展过程称为宏观裂纹扩展阶段（也称裂纹扩展的第二阶段）。第二阶段的裂纹扩展到一定程度后，材料的表面积不足以承受下一次应力时，材料瞬间断裂，整个疲劳断裂过程结束。实际上，任何一个机械构件所受到的应力都是不规则的，在实验室中即使是模仿这样不规则的变动载荷
2.1.1 实验材料本试验选取 Al-Mg-Si-Cu 合金中在轨道交通车辆中使用广泛的 6005A 铝合金为研究对象，具体试验用材料为广东某铝业公司提供。试验用材料为企业试产，化学成分配比未必使材料性能达到最佳。其实测化学成分如表2.1 所示。表2.1 试验用6005A 铝合金实测化学成分（wt﹪）牌号 Si Mg Cu Mn Fe Cr Zn Ti Al6005A 0.80 0.50 0.28 0.22 0.30 0.08 0.20 ＜0.1 余量2.1.2 工艺流程试验用 6005A 挤压型材的实际生产工艺路线如图 2.1 所示。主要过程为熔炼、铸造、均匀化、挤压、在线淬火、人工时效。具体的工艺参数如下：均匀化热处理温度为 540℃，保温时间为 6 小时。热挤压温度为480 ℃，挤压筒温度 420℃，挤压速度为 5m/min。淬火温度为530 ℃，淬火时间内对铝合金板材进行预拉伸变形 2%。人工时效温度 175℃，保温时间为8 小时。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RE（RE=Dy,Er）元素对Mg-Zn系合金微观结构及力学性能的影响[J]. 刘小清,赵东山,叶礼,庄园林,高圣博,周嘉萍,桂嘉年,王建波. 电子显微学报. 2018(02)
[2]5B70铝合金板材疲劳裂纹萌生与扩展机制[J]. 方杰,徐翩,刘刚,孟松,赖松柏,姜锋. 材料热处理学报. 2017(10)
[3]服役经历对7N01铝合金断裂力学性能的影响[J]. 张啸尘,谢里阳,胡杰鑫,张诗健. 东北大学学报(自然科学版). 2017(10)
[4]Al-Cu-Mg-Ag合金T6和T840条件下的高周疲劳性能（英文）[J]. Marat GAZIZOV,Rustam KAIBYSHEV. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(06)
[5]基于微观结构的航空铝合金点蚀扩展行为研究[J]. 刘治国,王海东,穆志韬. 航空工程进展. 2017(02)
[6]铝合金挤压型材在轨道交通中的应用及技术标准[J]. 高安江,刘平礼,王明坤,张茂亮,臧凯. 世界有色金属. 2017(07)
[7]城市轨道交通工程车辆选型研究[J]. 刘亚雄,李伟,林勇. 现代城市轨道交通. 2017(02)
[8]腐蚀环境对2024铝合金搅拌摩擦焊缝疲劳与裂纹扩展性能的影响（英文）[J]. 王磊,回丽,周松,许良,何波. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(11)
[9]交通运输用铝合金材料研究进展[J]. 聂德键,罗铭强,陈文泗,罗伟浩,梁世斌. 有色金属加工. 2016(05)
[10]低周疲劳预损伤对TA11合金高周疲劳强度的影响[J]. 石多奇,骆银银,赵鹏涛,于慧臣,杨晓光. 航空动力学报. 2016(02)
硕士论文
[1]6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织与性能的研究[D]. 迟珉良.长春工业大学 2017
[2]稀土改性和热处理对Al-Mg-Si-Fe合金组织及性能影响的研究[D]. 万彬.合肥工业大学 2015
[3]高强高韧Al-Zn-Mg-Cu合金疲劳断裂性能以及微观组织的研究[D]. 文康.中南大学 2010
[4]疲劳断裂失效的计算机知识表达及可靠度[D]. 刘新灵.北京航空材料研究院 2001
本文编号：3070023
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