攪拌摩擦焊接5083鋁合金焊縫組織與性能研究.pdf

1、采用小型攪拌摩擦焊接(FSW)設(shè)備，焊接了5083—H321鋁合金板材。借助光學(xué)顯微鏡(OM)、透射電子顯微鏡(TEM)、電子背散射衍射(EBSD)等設(shè)備與技術(shù)，研究了FSW焊縫各區(qū)域的微觀組織演變；采用拉伸試驗機、顯微硬度測試儀、應(yīng)力腐蝕試驗機、掃描電子顯微鏡(SEM)及動電位掃描儀等設(shè)備，研究了FSW焊縫的力學(xué)性能、應(yīng)力腐蝕、剝落腐蝕及電化學(xué)行為；探討了5083鋁合金的攪拌摩擦焊接行為。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 1．分

2、析了5083鋁合金攪拌摩擦焊縫的低倍組織特征及可能形成缺陷的原因。該合金正常的攪拌摩擦焊縫橫截面呈現(xiàn)完整的焊核區(qū)、熱力影響區(qū)及熱影響區(qū)三區(qū)形貌。合理的熱量傳輸是獲得無缺陷焊縫的根本條件，熱量不足導(dǎo)致焊縫摩擦面易形成沿焊接方向的“吻接”缺陷；熱量過剩則致使焊縫摩擦面的前進(jìn)側(cè)易形成“飛邊”缺陷及貫穿焊縫內(nèi)部的“隧道”缺陷。
　　 2．探明了5083鋁合金板材FSW焊縫的焊核區(qū)、熱力影響區(qū)及熱影響區(qū)的微觀組織演變規(guī)律。經(jīng)攪拌摩擦焊接后

3、，焊縫焊核區(qū)呈現(xiàn)細(xì)小的等軸晶形貌，熱力影響區(qū)晶粒呈現(xiàn)沿流動變形方向伸長形貌，熱影響區(qū)發(fā)生晶粒長大。三區(qū)的平均晶粒尺寸分別約為10μm、16μm，50μm；動態(tài)再結(jié)晶及劇塑性變形是焊核區(qū)與熱力影響區(qū)組織細(xì)化的主要原因。焊核區(qū)劇塑性變形及動態(tài)再結(jié)晶的組合行為導(dǎo)致該區(qū)域大角度晶界比例增加，在軋制母材中大角度晶界所占比例為37％，而在焊核區(qū)大角度晶界所占比例為66％。
　　 3．探明了5083鋁合金板材FSW焊縫的力學(xué)性能演變規(guī)律。50

4、83鋁合金焊縫的抗拉強度為306MPa，接近母材的90％，顯著高于傳統(tǒng)熔焊焊縫強度；延伸率為16．3％，與母材相當(dāng)；硬度值約為85HV，平均硬度可達(dá)母材的90％。相比其它系列鋁合金攪拌摩擦焊縫，5083鋁合金焊縫硬度分布較均勻。組織細(xì)化是焊縫強度較高及延伸率與母材相當(dāng)?shù)母驹颉?br>　　 4．研究了5083鋁合金板材FSW焊縫的腐蝕性能，探討了焊縫應(yīng)力及剝落腐蝕機理。在3．5％NaCl溶液中，焊縫偏心試樣的慢拉伸強度為335MPa

5、，達(dá)到母材強度的98％；焊縫延伸率為22％，為母材的224％，表明攪拌摩擦焊縫應(yīng)力腐蝕敏感性小。焊縫在溶液中的斷口形貌呈現(xiàn)韌性斷裂特征。5083鋁合金母材發(fā)生了明顯的剝落腐蝕，而焊縫摩擦面的熱影響區(qū)域抗剝落腐蝕性能良好，存在摩擦疊紋的軸肩作用區(qū)發(fā)生了較嚴(yán)重的剝落腐蝕。疊紋區(qū)的粗糙表面導(dǎo)致材料比表面增大，使該區(qū)成為易腐蝕區(qū)。晶粒細(xì)化及第二相均勻分布是焊縫抗腐蝕性能優(yōu)于母材的本質(zhì)原因。
　　 5．探討了5083鋁合金攪拌摩擦焊接過程