车体用Al-Zn-Mg合金焊接结构件的疲劳性能及微观组织研究

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中高强度7xxx系Al-Zn-Mg铝合金具有可自然时效强化,成型性好,对裂纹敏感性低,耐腐蚀,比强度高,并且具有优良的焊接性能等优点,被作为轻量化结构材料广泛应用于高速列车底架等受力部位。本文结合疲劳性能测试、硬度测试、拉伸试验、扫描电镜和透射电镜研究了:(1)采用脉冲熔化极惰性气体保护焊(Metal Inert Gas)焊制备的Al-Zn-Mg合金焊接接头的显微结构及其T型结构件的疲劳性能;(2)不同补焊次数对Al-Zn-Mg合金焊接接头微观组织和疲劳性能的影响。主要结果如下:1)T型结构件疲劳实验过程中型材拐角处所受应力最大,而板材端焊趾处所受应力大小仅约为型材拐角处应力的68%。高应力(>24MPa)下型材拐角处先断裂,低应力(<24MPa)下板材端焊趾处先断裂,是由于板材端焊趾处微观组织的不均匀性以及缺陷的存在,使其对应力变化的敏感性更高造成的;T型结构件在实验过程中均为疲劳断裂。2)由于原始母材微观组织的不同,在相同的焊接条件下,板材和型材的硬度和微观组织变化不同。T5处理的型材较T4处理的板材所受焊接热循环的影响更为复杂。T5处理的型材热影响区内由于GP区的溶解,ηˊ析出相的稍微粗化以及晶粒的回复出现软化区,且型材热影响区内晶粒发生了回复再结晶,型材软化区为完全回复区域,晶择优生长,出现黄铜织构和S织构,在型材淬火区和母材为高斯织构。淬火区晶粒发生完全回复再结晶,但保留有母材加工的痕迹,析出相基本完全溶解。T4处理的板材端热影响区晶粒与母材相比基本没有发生变化,仅保留有少量粗大的η相以及难溶的第二相粒子Al6(Cr,Mn)粒子以及Al3Zr粒子。3)通过Sysweld软件对焊接过程的模拟分析,型材淬火区在焊接过程中所受峰值温度在400℃以上,热影响区内靠近软化区位置所受峰值温度达到340℃左右,软化区所受的峰值温度在280℃左右。4)经过补焊后,试样的平均疲劳寿命略低于一次焊接成功试样,并且补焊过程引入了更多的气孔和夹杂等缺陷,增加了影响焊接结构件疲劳性能不稳定的偶然因素。5)随着焊接次数的增加,板材热影响区内发生了明显的回复再结晶,出现再结晶织构,且板材端熔合区的细晶区显著宽化;型材热影响区软化区显著宽化,且软化区析出相尺寸随补焊次数增加逐渐粗化。
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