攪拌摩擦焊接鎂及銅合金的微觀組織和力學(xué)性能.pdf

1、采用攪拌摩擦焊接工藝對6mm厚的擠壓態(tài)ZK60鎂合金進行了焊接。在廣泛的焊接參數(shù)(600-1200rpm的轉(zhuǎn)動速度和50-200mm/min的焊接速度)下，均得到了高質(zhì)量的焊接接頭。在焊接工具的攪拌和摩擦熱的聯(lián)合作用下，在焊核區(qū)形成了細小、均勻的再結(jié)晶晶粒，同時ZK60鎂合金中的大部分MgZn2粒子被破碎并大部分固溶進鎂基體中。對于ZK60鎂合金，MgZn2粒子的彌散強化作用高于晶粒細化作用，同時在焊核區(qū)存在弱的基面織構(gòu)，因此焊核區(qū)的硬

2、度低于母材硬度，拉伸時接頭在焊核區(qū)發(fā)生斷裂。在低熱輸入?yún)?shù)(≤800rpm)下，隨焊接參數(shù)的變化，焊核區(qū)晶粒尺寸、焊接接頭的抗拉和屈服強度及延伸率變化較小。在高熱輸入?yún)?shù)(1200rpm)下，焊核區(qū)晶粒明顯變大，接頭的抗拉和屈服強度略有下降。對焊接接頭進行人工時效后，大量細小的MgZn2粒子的彌散析出使得焊核區(qū)的硬度高于母材硬度，最低硬度出現(xiàn)在熱影響區(qū)。不同熱輸入條件下得到的時效處理的焊接接頭的強度和延伸率都有明顯提高，而且焊接接頭均在

3、熱影響區(qū)發(fā)生斷裂。
　　采用攪拌摩擦方法分別對6mm厚的鍛造態(tài)和軋制態(tài)的ZK60-0.6Y和ZK60-1.1Y耐熱鎂合金進行焊接和加工。在800rpm的轉(zhuǎn)動速度和100mm/min的焊接速度下，得到了致密無缺陷的接頭。在焊接工具的攪拌和摩擦熱的聯(lián)合作用下，ZK60-(0.6/1.1)Y合金中的粗大晶粒變成了細小等軸的再結(jié)晶晶粒，母材中的大塊三元共晶相被破碎并均勻、彌散地分布在基體中，MgZn相溶解到基體中，ZK60-0.6Y合金中

4、的部分I相轉(zhuǎn)變成W相。對焊接接頭進行維氏硬度測量顯示ZK60-0.6Y焊核區(qū)的硬度高于母材硬度，最低硬度出現(xiàn)在熱影響區(qū)。接頭的橫向拉伸測試顯示接頭的強度和延伸率僅略低于母材，接頭的抗拉強度能夠達到母材的95％。此外，焊接接頭在熱影響區(qū)發(fā)生斷裂，這與最低硬度分布是相吻合的。由于ZK60-1.1Y的焊核區(qū)具有等軸細小的再結(jié)晶晶粒和高熱穩(wěn)定性的細小彌散強化相(W相)，因此其具有了能夠得到超塑性的先決條件。對其進行超塑性測試發(fā)現(xiàn)，在較高的應(yīng)變速

5、率3×10-3s-1和450oC下，得到了635%的超塑性。相對應(yīng)的母材則無超塑性。通過對該超塑性變形數(shù)據(jù)進行分析和變形樣品表面形貌觀察得出，該超塑性變形控制機制為晶界滑移機制。分析超塑性數(shù)據(jù)得出的激活能接近晶界擴散能，其超塑性變形動力學(xué)快于等通道擠壓鎂合金。
　　在較低的熱輸入?yún)?shù)(400-800rpm的轉(zhuǎn)動速度和50-200mm/min的焊接速度)下，采用攪拌摩擦焊接工藝對5mm厚的T3純銅板材進行了焊接，均得到了高質(zhì)量的焊接

6、接頭。詳細地分析了不同條件下焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能之間的關(guān)系。隨著工具轉(zhuǎn)動速度降低或焊接速度的增加，焊核區(qū)的晶粒尺寸明顯變小。在低熱輸入?yún)?shù)(400rpm-50mm/min和800rpm-200mm/min)下，發(fā)現(xiàn)了由不同尺寸的晶粒帶組成的“洋蔥環(huán)”，而在高熱輸入?yún)?shù)(600-800rpm和50-150mm/min)下，“洋蔥環(huán)”消失。焊核區(qū)的晶粒尺寸和對應(yīng)的維氏硬度和屈服強度分別符合Hall-Petch關(guān)系。焊核區(qū)中的高角度晶

7、界(晶界錯配角>15°)比例隨著轉(zhuǎn)動速度的提高而增加。不同轉(zhuǎn)動速度焊核區(qū)中均發(fā)現(xiàn)了弱的織構(gòu)。不同參數(shù)下焊接接頭的抗拉強度均接近母材，而屈服強度和延伸率低于母材。隨著轉(zhuǎn)動速度的提高或焊接速度的降低，接頭的屈服強度逐漸降低。所有參數(shù)下的焊接接頭均斷裂在熱影響區(qū)，這與接頭的最低硬度分布是相對應(yīng)的。
　　在不同的熱輸入?yún)?shù)(轉(zhuǎn)動速度400-1000rpm，焊接速度固定為100mm/min)下，采用攪拌摩擦焊接工藝對5mm厚的H62黃銅進行