超声冲击对SMA490BW耐候钢焊接接头疲劳性能的影响研究

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文超声冲击对SMA490BW耐候钢焊接接头疲劳性能的影响研究学位申请人：江明明学科专业：材料科学与工程指导教师：何柏林教授答辩日期：年月日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加

2、以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文

3、无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期___________I摘要超声冲击对SMA490BW耐候钢焊接接头疲劳性能的影响研究摘要SMA490BW作为高强钢已被用于列车转向的构架上，转向架焊接构架焊趾处的应力集中和残余应力等不利因素导致转向架焊接接头处首先出现疲劳裂纹，随着这些裂纹不断的扩展最终导致焊接构架的失效，大大降低了列车转向架的疲劳寿命，故焊趾是焊接件承载能力的薄弱环节。超声冲击处理是一种通过细化金属表层晶粒，增加表面硬化程度，减少材料中存在的缺陷以及在表层引入有益的残余压应

4、力来提高金属结构件性能的表面强化技术。该技术以超声波为动力源，利用其高频、高能的特点冲击金属表面，使表层产生强烈的塑性变形，晶粒细化至纳米量级，从而改善金属表面的性能。本文采用超声冲击枪对SMA490BW耐候钢十字焊接接头进行冲击处理，并研究冲击处理对此类钢种的十字焊接接头的疲劳性能影响。采用德国卡尔蔡司生产的ZEISSΣIGMA型热场发射扫描电镜观察疲劳断口形貌。通过透射电镜观察不同冲击参数的焊趾表面的微观组织，并对焊趾表面的硬度和变形层的厚度进行了分析。疲劳试验结果表明超声冲击前后试样发生疲劳断裂的位置均在焊趾处，

5、十字焊接接头的焊趾处无论冲击与否仍是整个试样最薄弱的位置；虽然冲击处理不能改变十字焊接接头疲劳断裂的位置，但经过超声冲击处理的试样其疲劳寿命能够获得很大的提高。以2×106循环周次下的应力表征焊接接头的条件疲劳极限，则焊态试样的条件疲劳极限为165.96MPa；冲击态试样的条件疲劳极限为219.28MPa，对比可知经超声冲击处理后SMA490BW耐候钢十字焊接接头的条件疲劳强度提高了32.13%。超声冲击处理对焊接十字接头试样的应力集中系数影响较大，在冲击10min后应力集中系数Kt从3.09降为1.86，后维持在1.

6、85左右。虽然冲击处理能够降低应力集中系数Kt，但不能改变应力集中的位置，最大应力仍在焊趾处。超声冲击处理对金属表面形貌影响也很大，随冲击时间增加所获得的凹陷深度与过渡圆弧半径均随之增大，但是焊趾表面形貌变化率逐渐减小。凹陷深度h由0.5mm增大到1.2mm时，Kt在1.8~2.0之间变化；而过渡圆弧半径r由2.0mm增为4.5mm时，Kt由2.2变为1.6。过渡圆弧半径r与凹陷深度h相比，前者对焊接十字接头试样的应力集中系数Kt影响更大。疲劳裂纹的萌生一般发生在驻留滑移带(PSB)、晶界或孪晶界、表面夹杂物或第二相界

7、。操作不当或者过渡的超声冲击处理可能在焊趾表面形成严重的“旋型缺陷”，从而导致原始裂纹形成，极大的缩短了裂纹形成进而扩展的第一阶段的周期。焊态试样的裂纹从材料表面萌生，裂纹源数量不止一个；冲击态试样的裂纹源数量也较多，其主要萌生于试样的次表面或经超声冲击处理产生的缺陷处。焊态试样和冲击态试样在裂纹扩展区形成明显的撕裂棱和二次裂纹，在部分试样的断口上还可以发现疲劳辉纹和解理台阶，裂纹扩展形式是穿晶解理的形式。焊态试样和冲击态试样在裂纹扩展末期发生塑性断裂，瞬断口面上有大量的断裂韧窝，且韧窝以等轴韧窝为主。超声冲击处理对试

8、样的II摘要表面形貌影响很大，经处理后的试样表面发生严重的塑性变形，部分试样表面会形成旋型组织，疲劳裂纹通常在此处产生。在15min内焊趾区塑变层厚度受冲击时间较大，冲击时间在25min时变形层的厚度最大达到约为320μm，但在冲击处理后期冲击时间对变形层的厚度影响减弱。超声冲击处理能够细化材料表面的晶粒，有些材料的细化程度甚至能