超聲沖擊改善SMA490BW鋼焊接接頭超高周疲勞性能的機理探究.pdf

1、本文以高速列車轉(zhuǎn)向架用SMA490BW鋼作為試驗材料，采用超聲沖擊技術(shù)對SMA490BW鋼焊接接頭進行處理，并利用超聲疲勞系統(tǒng)測定試樣的疲勞壽命。通過設(shè)計對比試驗，系統(tǒng)分析應(yīng)力集中、晶粒細化、殘余應(yīng)力等因素對轉(zhuǎn)向架用SMA490BW鋼焊接接頭超高周疲勞的影響，并得出占據(jù)主導(dǎo)作用的因素。借助掃描電鏡分析試樣的疲勞失效模式，借助金相顯微鏡、應(yīng)力分析儀等，探究超聲沖擊轉(zhuǎn)向架焊接接頭表面塑性變形及殘余應(yīng)力變化的規(guī)律。最后探究循環(huán)冷卻水對試樣端部

2、造成沖刷腐蝕的機理。試驗得出的主要結(jié)論如下：
　?。?）殘余應(yīng)力的影響：焊態(tài)試樣在低溫熱處理前后的平均疲勞壽命分別為0.26×107周次和0.21×107周次，殘余拉伸應(yīng)力的作用不明顯；沖擊態(tài)試樣熱處理前后的平均疲勞壽命分別為7.86×107周次和6.84×107周次，降幅達13.0%。說明殘余壓應(yīng)力對接頭疲勞壽命的貢獻為13%。
　?。?）晶粒細化的影響：試樣焊趾表層晶粒細化后的平均疲勞壽命為2.35×107周次，較晶粒未

3、細化試樣的1.68×107周次，其疲勞壽命提高了42.4%。將試樣的焊縫余高磨平，并進行不同時間的超聲沖擊后發(fā)現(xiàn)，20min對應(yīng)的平均疲勞壽命為1.53×107周次，相比15min的0.63×107周次，疲勞壽命提高了142.9%。
　　（3）應(yīng)力集中的影響：在相同沖擊參數(shù)的作用下，分別采用全覆蓋沖擊與局部沖擊處理試樣，其平均疲勞壽命分別為2.61×107周次和2.92×107周次，說明局部沖擊的效果優(yōu)于全覆蓋沖擊。焊態(tài)試樣的平均

4、疲勞壽命僅為0.26×107周次，經(jīng)過線切割降低焊趾處的應(yīng)力集中系數(shù)后，平均疲勞壽命可提高至1.71×107周次。完全磨平焊縫余高后的平均疲勞壽命甚至可達22.46×107周次，相比原始焊態(tài)試樣提高了上百倍，但仍然低于母材試樣的疲勞壽命。
　?。?）三因素共同作用：改善應(yīng)力集中、細化表層晶粒、引入殘余壓應(yīng)力對焊接接頭延壽的貢獻比分別約為58%、29%和13%。
　?。?）焊接接頭的疲勞失效大多始于焊趾表面，經(jīng)超聲沖擊處理后，

5、疲勞裂紋可能由材料表面轉(zhuǎn)向內(nèi)部缺陷萌生。疲勞斷口形貌均呈準解理斷裂機制。超聲沖擊處理不改變焊接接頭的疲勞失效機理。
　　（6）原始試樣表層的顯微硬度約為180HV。在1.5A的沖擊電流下，沖擊時間5min、10min、15min、20min相對應(yīng)的塑變層深度分別為150μm、260μm、320μm、360μm；相對應(yīng)的表層最高顯微硬度分別為275HV、283HV、290HV、310HV。
　　隨著沖擊時間的增加，焊趾表面的橫