高速列车用6N01铝合金弯曲行为研究

作     者：陈灿龙 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李建亮

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：铝合金 型材 弯曲 轻量化 有限元模拟 

摘      要：铝合金具有密度小、强度适中和耐腐蚀等优点,是制造高速列车和地铁列车等的良好材料。弯曲成形是大型薄壁铝合金型材最常用的加工工艺之一,但由于我国铝合金车体的生产应用起步较晚,相关数据缺乏,同时由于铝合金型材力学性能不具有通用性,研究车体常用的6N01铝合金大型型材力学性能和弯曲行为具有重要的意义。本文首先对6N01铝合金型材各部位的取样进行了拉伸、金相观察、XRD和SEM等实验,然后对其板材与型材进行了三点弯曲实验和有限元模拟验证。研究结果表明：6N01铝合金型材截面不同位置及沿壁厚方向力学性能是不均匀的,根源是组织差异,是由于挤压状态、冷却方式和热处理工艺条件的差异所导致;6N01铝合金T4热处理状态最低屈服强度为150MPa、抗拉强度为186MPa、断裂伸长率为23%,其性能不均匀性主要体现在塑性变形抗力和塑性变形能力上,对极限承载能力的影响相对较小;T4状态拉伸断口存在较多韧窝,是一种典型的微孔聚集型断裂;T5状态6N01铝合金析出了大量颗粒状Mg2Si和白色杆状A15FeSi,其最低屈服强度和抗拉强度提高至220MPa和282 MPa、塑性下降到8.5%,此时力学性能不均匀性仍然存在,拉伸断口具有冰糖状形貌,以脆性沿晶断裂为主要特征,局部存在韧窝;板材三点弯曲实验发现T4状态铝合金板材的弯曲性能良好,厚度小于10mm时相对最小弯曲半径可以达到1;T5状态铝合金板材弯曲性能下降,相对最小弯曲半径为2.8-2.9;可以利用ANSYS/LSDYNA有限元软件模拟预测板材三点弯曲过程,所得的最小弯曲半径及弯曲角度和实验一致;T4状态双腔式6N01铝合金大型型材的弯曲性能良好,以截面畸变为主要失效形式,最小弯曲半径随拉伸面壁厚减小而增大;T5状态铝合金弯曲性能下降,以破裂为主要失效形式,最小弯曲半径随拉伸面壁厚增大而增大;有限元模拟可以研究铝合金型材三点弯曲成型的各种影响因素,并找到这些影响因素的最优解,为生产实际提供工艺指导。