超聲沖擊改善16MnR焊接接頭疲勞壽命的原因細(xì)分研究.pdf

1、隨著我國綜合國力的不斷提高,鐵路作為拉動內(nèi)需、刺激經(jīng)濟的重要紐帶,具有能耗低、速度高、污染輕、運能大等諸多經(jīng)濟優(yōu)點,越來越受到國家的重視。轉(zhuǎn)向架作為鐵路列車的重要組成部分,其抵抗疲勞斷裂的能力正隨著鐵路列車的提速而面臨更大的挑戰(zhàn),作為轉(zhuǎn)向架基本連接形式的焊接更是如此。
　　本文以16MnR這種轉(zhuǎn)向架常用的低合金鋼作為試驗材料,研究經(jīng)過超聲沖擊處理之后,得到大幅度改善的殘余應(yīng)力、晶粒細(xì)化、應(yīng)力集中等因素在提高16MnR對接接頭疲勞壽

2、命過程中所能起到的作用能達到何種程度。試驗數(shù)據(jù)對比分析后結(jié)論如下:
　　首先,分析殘余應(yīng)力方面:16MnR對接接頭焊態(tài)試樣經(jīng)過600℃熱處理后,其疲勞壽命較焊態(tài)試樣降低37.8％。說明熱處理消除了殘余拉應(yīng)力的同時軟化了材質(zhì)。同時,16MnR對接接頭經(jīng)過超聲沖擊及200℃低溫?zé)崽幚砗?其疲勞壽命較未熱處理試樣降低9.0%。說明焊趾區(qū)域有劇烈塑性變形,并引入了對提高疲勞強度有益的殘余壓應(yīng)力,同時其晶粒得到細(xì)化,強化了表面組織。

3、　　其次,分析晶粒細(xì)化方面:16MnR對接接頭經(jīng)過15min超聲沖擊及200℃低溫?zé)崽幚?當(dāng)焊趾區(qū)域平滑過渡時,其疲勞壽命較線切割給定過渡半徑及500℃熱處理試樣提高至少179%;如果焊趾區(qū)域有明顯缺陷時,則只能提高111.9%。說明超聲沖擊處理使焊趾區(qū)域出現(xiàn)明顯的晶粒細(xì)化現(xiàn)象,而焊趾區(qū)域的劇烈塑性變形,使其表面形貌也得到了一定的改善。同時,16MnR對接接頭磨平焊縫,經(jīng)過超聲沖擊及200℃低溫?zé)崽幚?由于焊趾區(qū)域存在凹陷以及缺口等缺陷

4、,經(jīng)過6min超聲沖擊處理后試樣較超聲沖擊處理3min試樣的疲勞壽命提高49.7%。說明超聲沖擊處理改善了焊趾處的凹陷等缺陷,在一定時間范圍內(nèi),沖擊時間越長,焊趾處的塑性變形越劇烈,晶粒細(xì)化程度越高,對焊趾處形貌改善越好。
　　最后,分析應(yīng)力集中方面:16MnR對接接頭經(jīng)線切割消除缺陷之后,其疲勞壽命較焊態(tài)試樣提高了7倍以上;磨平焊縫之后,焊縫及附近光滑的試樣其疲勞壽命甚至提高10倍以上。線切割之后仍存在缺陷的試樣其疲勞壽命較焊態(tài)

5、試樣降低了23.9%;磨平焊縫之后仍存在缺陷的試樣其疲勞壽命降低了10.4%。說明隨著高應(yīng)力集中處的消除,可能導(dǎo)致的疲勞裂紋隨之消失,同時降低疲勞裂紋的形核幾率,焊趾區(qū)域的幾何形貌越平滑,其疲勞壽命越高。同時,16MnR對接接頭經(jīng)過10min大范圍超聲沖擊及200℃的低溫?zé)崽幚?其疲勞壽命較超聲沖擊小范圍試樣提高247%。說明在一定時間范圍內(nèi),作用在同一位置上時間越長,焊趾附近超聲沖擊區(qū)域內(nèi)的塑性變形更高,進一步減少了由于焊趾區(qū)域的缺陷