AZ31B鎂合金電子束焊接接頭組織及疲勞斷裂行為的研究.pdf

1、基于鎂合金輕質(zhì)高強，易于回收等優(yōu)良特性，被譽為“21世紀最具發(fā)展?jié)撃艿沫h(huán)保節(jié)能型結(jié)構(gòu)材料”，鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料離不開焊接技術的支持，然而傳統(tǒng)的鎂合金焊接方法難以獲得與母材匹配的焊接接頭，其接頭的疲勞性能大大下降。而集能量密度高、穿透能力強、焊接速度大、真空狀態(tài)等優(yōu)點于一身的真空電子束焊接技術非常適合鎂合金這種活性材料的焊接。因此，本課題針對AZ31B鎂合金電子束焊接接頭，主要研究焊接接頭的微觀組織及疲勞斷裂行為，對推進鎂合金材料在高端運

2、載裝備領域中進一步應用具有重要的理論意義和實用價值。
　　本文對AZ31B鎂合金電子束焊接接頭的微觀組織、疲勞性能及疲勞裂紋擴展速率進行研究，并分析微觀組織對疲勞性能、裂紋擴展速率的影響。
　　AZ31B鎂合金電子束焊接接頭焊縫區(qū)域EDS分析結(jié)果表明，焊接過程中Mg、 Zn元素燒損，百分含量降低，導致Al、Mn元素百分含量增加;XRD分析結(jié)果顯示，焊縫區(qū)域為單相的α-Mg，無明顯的低熔點脆性β-Mg17Al12;顯微組織分析

3、結(jié)果可知，焊接接頭熱影響區(qū)晶粒較母材有所長大，但范圍很窄，而焊縫區(qū)從熔合線到焊縫中心的區(qū)域分布著樹枝晶，并且越靠近焊縫中心樹枝晶越細小，焊縫中心為細小的等軸晶。
　　焊接接頭的顯微硬度檢測結(jié)果表明，焊縫的硬度均值59.5HV0.1，HAZ硬度均值為53.7HV0.1，母材硬度均值54.6HV0.1;焊縫截面從上到下顯微硬度變化不明顯。
　　焊接接頭拉伸試驗表明，焊接接頭的抗拉強度為242MPa略高于母材，焊接接頭的屈服強度為

4、142MPa、延伸率為15％都高于母材，接頭的強度、塑性和韌性都得到提高。
　　疲勞試驗結(jié)果表明，在2×106循環(huán)次數(shù)下，AZ31B鎂合金母材的疲勞強度為116MPa，電子束焊接接頭的疲勞強度為91MPa;焊接接頭的疲勞強度能達到母材的78.4％，表現(xiàn)出優(yōu)越的疲勞性能。
　　疲勞裂紋的擴展路徑表明，AZ31B鎂合金電子束焊接接頭的疲勞裂紋從宏觀上看擴展路徑較平滑，但微觀上曲曲彎彎，并且出現(xiàn)分岔的現(xiàn)象。電子束焊接接頭的疲勞裂紋

5、源位于焊趾部位的凹坑，在試樣表面沿焊縫HAZ向前擴展，在試樣截面疲勞裂紋從焊縫啟裂穿過熱影響區(qū)向母材方向擴展，裂紋尖端是以滑移為主的方式塑性變形，裂紋以穿晶方式進行擴展。
　　疲勞斷口分析結(jié)果表明，鎂合金母材的疲勞斷口呈現(xiàn)出河流狀花樣形貌，有解理臺階和撕裂棱，斷口中還可以看到二次裂紋，表現(xiàn)為準解理脆性斷裂;電子束焊接接頭疲勞斷口呈現(xiàn)出準解理、解理和韌窩三種形貌特征，表現(xiàn)為以脆性為主的韌-脆混合斷裂。
　　疲勞裂紋擴展速率試驗

6、表明AZ31B鎂合金母材、電子束焊接接頭焊縫及HAZ的疲勞裂紋擴展分段符合Parise公式。對比分析缺口分別位于母材、焊縫、HAZ的疲勞裂紋擴展速率da/dN-△K曲線。母材、焊縫、HAZ的疲勞裂紋起始擴展應力強度因子（1g△K）分別為2.12 MPa·m1/2、2.52 MPa·m1/2、1.78 MPa·m1/2;缺口位于HAZ的疲勞裂紋開始擴展△K最低，缺口位于焊縫的疲勞裂紋開始擴展△K略高于母材;在相同的△K作用下，HAZ的裂紋