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铝合金是现代工业重要的结构材料,具有质量轻(密度为2.7g/cm3,约是钢的1/3),热处理后强度高,抗冲击性能良好,腐蚀性和耐磨性好,导电率、导热率高,表面易着色,加工成型性好、以及回收再生性好等优点,已经广泛应用于汽车和高速列车等现代交通工具中。现代高速列车90%以上的构件由铝合金焊接而成,其运行的可靠性对铝合金构件的强度、塑性和韧性提出了很高的要求。铝合金构件的力学性能取决于母材的力学性能、焊接工艺及对应的焊缝、热影响区的显微结构。本文选取高速列车CRH-2上的铝合金焊接构件作为研究对象,制定了利用硬度测试、单轴拉伸试验、金相显微镜、扫描电镜和透射电镜的一体化铝合金焊接构件评价规范,具体包括:(1)利用硬度分布,母材、热影响区、焊缝的单轴拉伸等实验方法研究典型铝合金焊接构件焊接接头的力学性能表征,包括;(2)利用扫描电镜中配备的背散射电子衍射(EBSD)和透射电镜研究焊接接头各区域的显微组织表征,包括晶粒尺寸分布、取向分布、位错密度分析,析出相分析及其再结晶情况分析;(3)建立显微组织与力学性能的相关性;(4)分析焊接缺陷对力学性能的影响。主要结论如下: 1)高速列车铝合金典型焊接构件异类焊接接头(6XXX与7XXX系铝合金焊接)中6XXX系母材一侧中存在两个热影响区,其中靠近6XXX系母材的热影响区硬度、屈服强度和抗拉强度最低;硬度为60 HV比母材低15 HV,屈服强度为125 MPa比母材低55 MPa,抗拉强度为170 MPa比母材低60MPa,成为整个焊接接头性能最差的薄弱区,称为软化区; 2)利用金相显微镜技术和EBSD对焊接接头的晶粒尺寸分布研究发现,在焊接热输入的影响下,上述软化区域经历了回复再结晶及晶粒长大的过程,晶粒尺寸较同一侧母材明显长大。根据Hall-Petch关系,晶粒长大是该区域强度下降、塑性增加的原因之一; 3)利用透射电镜对焊接接头不同区域析出相分布及位错密度分布的研究发现,上述软化区域的6XXX铝合金中的析出相在焊接热输入的影响下由强化效果好的β、β"相转化为强化效果弱的β相,发生了明显的过时效,成为该区域性能下降的主要原因; 4)异类焊接接头的另一侧为7XXX系列铝合金,在焊接热输入的影响下,该侧热影响区内部分晶粒发生了再结晶,再结晶晶粒内位错密度明显降低,力学性能较同侧母材降低,析出相并没有明显的变化,可以得出,位错密度降低是该侧热影响区力学性能降低的主要原因。 5)经多次修复后,在焊接热输入的影响下两侧基材热影响区内析出相尺寸增大、数量减少,晶粒增大或再结晶;这些显微结构的变化将导致焊缝两侧基材力学性能的降低;单轴拉伸R3三次修焊接结构时,有50%的几率在A7N01S-T5热影响区内断裂。建议在焊接过程中采取各种措施,适当降低该区的温度或提高该区的散热速率。