高速列车用A7N01PT4铝合金板材可焊性研究王建军田爱琴段浩伟摘要：以国产A7N01P-T4铝合金板材为研究对象，利用单脉冲MIG焊制备试样，通过对组织形态、力学性能及耐应力腐蚀性能等测试分析来表征材料的可焊性。结果表明：国产A7N01P-T4铝合金板材可焊性优良，焊接及补焊后接头无明显缺陷，无热裂纹产生，抗拉强度、屈服强度、弯曲性能及硬度等力学性能指标良好，且具有优良的耐应力腐蚀性能。关键词：铝合金；A7N01P-T4；可焊性：TB：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.13.085随着世界轨道交通行业的快速发展，列车提速和节能减排之间的矛盾成为行业重点关注的问题。列车的轻量化是实现列车高速化，并满足节能减排要求的关键技术。采用轻质高强的材料，是轻量化最主要和最有效的途径。铝合金材料由于具有高的比强度、比刚度、良好的耐蚀性等优点，广泛应用于高速列车各部件，轻量化效果显著。其中，7N01铝合金属于Al-Zn-Mg系铝合金，在铝合金中强度较高，温成形性能良好，淬火温度较宽，焊接性良好，常用于制造高速列车重要的承载结构件。A7N01S-T5型材和A7N01P-T4板材是列车上最主要的两种7N01铝合金供货状态。目前，A7N01S-T5铝合金型材的研究较为系统，对A7N01P-T4板材的研究多集中在母材或单一方面的研究，尤其在国产铝板的可焊性方面尚未有系统性研究，而可焊性又是材料装车使用的关键指标，并直接影响列车的服役寿命和运营安全。因此，本文主要从各方面对高速列车用国产A7N01P-T4铝板的可焊性进行系统分析研究，以期获得焊接接头的各性能数據，为该国产铝合金板材在复杂环境下的应用提供基础数据支撑，对于打破国外垄断、实现工程化应用具有重要意义。1试验材料及方法试验材料选取4mm厚的国产A7N01P-T4板材和1.6mm的ER5356焊丝。采用单脉冲MIG焊，并选择纯度为99.99%的氩气为保护气体进行焊接，具体焊接工艺见表1。利用TY-9900ICP光谱仪对焊接接头的不同位置进行化学成分分析，采用HV5维氏显微硬度仪进行硬度测试，利用DDL100万能试验机测试室温拉伸性能和弯曲性能，采用FEI-Sirion200场发射扫描电子显微镜来观察和分析试样的各类断口，采用DXS-500型金相显微镜进行金相组织观察。2试验结果与分析2.1化学成分分析铝合金A7N01P-T4板材的焊接接头材料的成分如表2所示，由表2可知，三个取样点的焊接接头材料的母材、热影响区及焊缝处的化学成分稳定，母材为典型7N01铝合金化学成分，热影响区化学成分变化不大，保持了与母材的一致性，焊缝区表现为典型5系焊丝化学成分，与母材差异明显。2.2宏观和微观组织观察A7N01P-T4板材焊接接头的宏观组织观察结果如图1所示。可见焊缝成形良好，无明显焊接缺陷。焊接接头不同区域光学显微组织如图2所示，焊接接头的焊缝区是典型的铸态组织，焊缝中心晶粒较粗大，呈等轴晶状。靠近熔合线的焊缝组织为柱状晶组织。焊接接头靠近焊缝边缘有一条很窄的熔合区，在熔合区，焊缝一侧为沿散热方向排列的柱状晶，基材一侧为细小的等轴晶组织，与母材显微状的变形组织相比，热影响区内的组织明显发生了再结晶。热影响区内随着距焊缝中心的距离增加依次为完全再结晶组织及不完全再结晶组织。2.3力学性能分析表3为按GB/T228-2010测得A7N01P-T4板材焊接接头室温拉伸性能结果，由4个平行试样的拉伸性能平均值作为拉伸试验结果。由表可知，ANNP4焊接接头的平均抗拉强度为299.96Mpa，平均屈服强度为271.52MPa，平均伸长率为9.03%，且断裂部位均在焊缝区（如图3所示），说明焊接接头结合良好，在拉伸过程中，断裂发生在强度较薄弱的焊缝区，而非熔合区和热影响区。弯曲性能是表征A7N01P-T4板材的焊接接头韧性的重要指标，表4为A7N01P-T4板材的焊接接头弯曲性能测试数据。试验结果表明，板材焊接接头试样进行180°面弯曲和背弯曲后，弯曲面完好，未见裂纹，满足使用性能要求，弯曲实物图见图4。从焊缝中心开始向母材区域，每隔1mm，取点测试硬度，表5和图5为试样焊接接头的显微硬度测试结果和硬度分布图。显微硬度分布结果表明：对于A7N01P-T4焊接接头，焊缝区硬度较低，硬度在75～85HV，距离焊缝2mm处的熔合区硬度迅速升高到117.62HV，之后硬度继续升高，直...