鋁合金7050攪拌摩擦焊接頭洋蔥環(huán)微觀組織與力學(xué)性能.pdf

1、采用攪拌摩擦焊對(duì)5 mm厚鋁合金7050板材進(jìn)行對(duì)接焊實(shí)驗(yàn)。通過改變旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度分析焊接工藝參數(shù)對(duì)洋蔥環(huán)宏觀形貌的影響，觀察洋蔥環(huán)微觀組織，探究沉淀相形態(tài)和分布對(duì)洋蔥環(huán)微觀組織的影響。并結(jié)合維氏硬度、抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)研究洋蔥環(huán)微觀組織與接頭斷裂特征之間的關(guān)系。
　　實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)采用帶有螺紋的圓柱形攪拌針進(jìn)行焊接時(shí)，在焊核區(qū)出現(xiàn)近似橢圓形的區(qū)域，類似于洋蔥的橫截面形貌，因此取名“洋蔥環(huán)”，并且隨著焊接參數(shù)的變化，洋蔥環(huán)也發(fā)生變化，

2、當(dāng) v=80mm/min、ω=600r/min，洋蔥環(huán)清晰，成半圓弧狀，關(guān)于焊核中心對(duì)稱，隨著轉(zhuǎn)速的增大，單位長(zhǎng)度焊接熱輸入增加，塑性金屬的數(shù)量增加，流動(dòng)性增強(qiáng)，使得塑型金屬流動(dòng)不規(guī)則，呈紊流態(tài)，所以洋蔥環(huán)逐漸模糊；而當(dāng)v=40mm/min、ω=800r/min時(shí)，洋蔥環(huán)占據(jù)了整個(gè)焊核區(qū)，而隨著焊速的提高，洋蔥環(huán)逐漸變小，這主要是由于隨著焊速逐漸增大，熱輸入逐漸減少，塑性金屬的流動(dòng)性下降，同時(shí)，焊速的增加使得攪拌頭在焊核區(qū)單位長(zhǎng)度停滯的

3、時(shí)間減少，從而減少了從上向下沿?cái)嚢桀^螺紋金屬的流動(dòng)量，故而，使得洋蔥環(huán)變小。
　　對(duì)洋蔥環(huán)的微觀組織進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)洋蔥環(huán)實(shí)際上是由大小不均勻的再結(jié)晶晶粒組成的，細(xì)小的晶粒沿變形方向偏聚形成了弧形的細(xì)晶帶，就構(gòu)成了“環(huán)”；而相鄰兩條“環(huán)”之間則是由粗大的晶粒組成粗晶帶。這主要是由于在焊后冷卻過程中重新析出的沉淀相對(duì)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大過程的阻礙作用形成的，若沉淀相粒子尺寸較大，沉淀相粒子之間的距離較大，再結(jié)晶晶粒的長(zhǎng)大被促進(jìn)，沉淀相之間

4、的距離較大時(shí)促進(jìn)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大的原因是沉淀相粒子直徑較大，數(shù)量較少，阻礙晶界運(yùn)動(dòng)的作用力就比較小，隨著晶界的運(yùn)動(dòng)小晶粒逐漸被吞并到相鄰的晶粒中，最后就形成大晶粒；而有一部分再結(jié)晶晶粒在長(zhǎng)大的過程中由于受到沉淀相的釘扎作用，阻礙了晶界了遷移，最終形成了小晶粒，因此在微觀條件下看到洋蔥環(huán)是由粗晶帶與細(xì)晶帶相間構(gòu)成的。另外，隨著旋轉(zhuǎn)速度的提高，洋蔥環(huán)晶粒逐漸增大，這主要是由于旋轉(zhuǎn)速度的提高，焊核區(qū)的峰值溫度增加，隨著溫度的提高晶界的活動(dòng)性顯著

5、增加，而晶界的遷移使得再結(jié)晶晶粒發(fā)生長(zhǎng)大，因此隨著旋轉(zhuǎn)速的增加，晶粒尺寸逐漸增大。最后，對(duì)洋蔥環(huán)組織進(jìn)行不同的時(shí)效處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng) T6處理后洋蔥環(huán)晶粒逐漸均勻化，并且晶界上塊狀的沉淀相長(zhǎng)大，形成了長(zhǎng)棒狀；而經(jīng) T74處理后沉淀相隨著時(shí)效溫度的提高發(fā)生部分溶解，彌散度降低，細(xì)小的沉淀相孤立的分布于晶界上。
　　發(fā)現(xiàn)FSW接頭顯微硬度整體呈“W”型，而WNZ硬度分布卻呈“鋸齒形”，這主要和洋蔥環(huán)相關(guān)，由上可知，洋蔥環(huán)實(shí)際上是由粗晶帶與細(xì)