循环超声冲击对MB8镁合金对接接头疲劳性能影响

摘要

疲劳断裂是引起焊接结构失效的主要原因，占到结构失效的70％~90%。镁合金具有高强度比、高阻尼、易切削加工性能以及易回收再利用等一系列独特的优点。提高镁合金焊接接头的疲劳强度及改善其疲劳性能，能提高镁合金焊接结构的可靠性及适用性，从而对推广镁合金结构的应用具有深远的意义。本次研究中，通过循环超声冲击处理MB8镁合金焊接接头的焊趾及其附近区域，比较了超声冲击前后对接接头的疲劳性能，并分析了超声冲击MB8镁合金焊接接头表面的纳米化机理。试验结果表明：
　　（1）循环超声冲击试样S-N方程：lgN=21.13-8.67Δσ，焊态试样的S-N方程：lgN=28.17-13.82Δσ，超声冲击态试样S-N曲线方程：lgN=22.04-9.27Δσ；在试验基数为2×106下，冲击态的疲劳强度为49.87MPa，比焊态试样的疲劳强度38.24MPa大约提高了32%。循环超声冲击的疲劳强度为51.33MPa，比超声冲击的疲劳强度大约提高了3%。
　　（2）通过SEM发现冲击前后的试样断口均没有疲劳辉纹。瞬断区存在大量的撕裂棱，同时存在解理小刻面、解理台阶。在断口扩展区都出现了大量的二次裂纹，说明超声冲击并不能改变MB8镁合金焊接接头的断裂方式，都为解理断裂。
　　（3）超声冲击后，在MB8镁合金焊接接头区域的残余拉应力都转变为残余压应力。疲劳试验后，焊接接头区域的残余应力都有很大程度的释放。
　　（4）超声冲击后，MB8接头焊趾区域表面的晶粒细化现象很明显。在相同的冲击时间下，随着超声冲击电流的增大，MB8焊趾区域表层所获得的晶粒尺寸逐渐减小。
　　（5）超声冲击细化MB8镁合金晶粒主要分为以下几个过程：超声冲击初期，焊趾区域发生了严重的塑性变形，位错缠结及位错墙逐渐形成。随后位错缠结及位错墙逐步转变为小角度的亚晶结构，把原始的粗晶粒分割为多个亚晶结构。随着变形量的增加，亚晶在晶界处发生动态再结晶，亚晶最终会转变为纳米晶。
　　（6）超声冲击后试样的表面产生了一层塑性变形层，该层的晶粒得到细化。随着冲击时间的增加冲击表面的耐磨损性、耐腐蚀性能以及材料表面的显微硬度均有不同程度的提高。冲击电流为1.2A，冲击时间为6min的试样比没有击的试样，耐磨损性提高了49.1%、耐腐蚀性提高了52.2%、表面硬度提高了103%。

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第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 镁合金及其焊接接头疲劳性能的研究

1.3 镁合金的性能及其焊接技术的研究进展

1.4 提高焊接接头疲劳性能的方法

1.5 超声冲击的原理及特点

1.6 金属材料表面纳米化技术

1.7 课题研究的主要内容及其路线图

第二章 试验方法及试验设备

2.1 试验材料的准备

2.2 循环超声冲击工艺参数

2.3 试验内容及所用设备

第三章 磨损、腐蚀、显微硬度试验结果及分析

3.1 磨损、腐蚀、硬度试验所用材料

3.2超声冲击后试样表层金相显微组织的分析

3.3 磨损试验结果

3.4 腐蚀试验结果

3.5 硬度测量结果及分析

3.6 超声冲击改善MB8镁合金耐腐蚀和耐磨损性能的机理分析

3.7本章小结

第四章 MB8镁合金对接接头疲劳试验及其影响因素分析

4.1 疲劳试验数据的分析方法

4.2 疲劳试验结果及分析

4.3 金相组织分析

4.4 断裂位置与疲劳断口分析

4.5 超声冲击后接头焊趾区域形貌的改变及残余应力的影响

4.6本章小结

第五章 超声冲击MB8焊接接头晶粒细化机理研究

5.1 MB8镁合金焊接接头焊趾超声冲击后透射电镜分析

5.2超声冲击MB8镁合金焊接接头表面纳米化机理研究

5.3 本章小结

第六章 总结

6.1 主要工作回顾及相关结论

6.2 本课题今后需进一步研究的方向

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢