鎂合金攪拌摩擦焊接頭的顯微組織及力學(xué)性能.pdf

1、鎂合金作為目前世界上最輕質(zhì)商用金屬結(jié)構(gòu)材料，在軌道交通、航空航天、國(guó)防軍工、汽車輪船等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。鎂合金生產(chǎn)制造常常涉及到焊接技術(shù)。但是采用傳統(tǒng)熔化焊（如氣體鎢極氬弧焊、等離子弧焊接和激光焊等），極易出現(xiàn)孔洞、熱裂紋、氧化物和高殘余應(yīng)力等，難以獲得高質(zhì)量的鎂合金焊接接頭，不利于鎂合金的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。攪拌摩擦焊是一種綠色的固相連接技術(shù)，對(duì)消除傳統(tǒng)熔焊技術(shù)存在的焊接缺陷有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為鎂合金的首選焊接方法。為了促進(jìn)鎂合金的

2、商業(yè)化應(yīng)用，獲得表面質(zhì)量好、接頭系數(shù)（即焊接接頭抗拉強(qiáng)度與母材抗拉強(qiáng)度的百分比）不低于85％的鎂合金焊縫，本文對(duì)4~16 mm厚AZ31鎂合金板材以及3 mm厚Mg-Al-Sn新型鎂合金板材進(jìn)行了攪拌摩擦焊系統(tǒng)研究。確定了合適的焊接工藝參數(shù)，獲得了表面質(zhì)量好、接頭系數(shù)高的鎂合金焊縫，研究了焊接速度、旋轉(zhuǎn)速度、板材厚度和焊后熱處理對(duì)鎂合金攪拌摩擦焊接頭組織及性能產(chǎn)生的影響，分析了鎂合金攪拌摩擦焊接頭顯微組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系，并對(duì)鎂合金

3、攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)和焊后殘余應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，主要結(jié)果如下：
　?。?）當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度1000~1600 r/min、焊接速度120~360 mm/min時(shí)，4~10 mm厚AZ31鎂合金攪拌摩擦焊接頭表面質(zhì)量好，接頭系數(shù)高達(dá)94%。
　?。?）熱處理有助于提高16 mm厚AZ31鎂合金厚板攪拌摩擦焊接頭的力學(xué)性能。熱處理前，16 mm厚AZ31鎂合金厚板攪拌摩擦焊接頭的接頭系數(shù)僅為77%。經(jīng)過250℃×1 h熱處理后，焊接

4、接頭的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別提高12%、14%、34%。熱處理后16mm厚AZ31鎂合金焊接接頭的接頭系數(shù)達(dá)到86%。
　　（3）Mg-5Al-xSn（x=1,3）鎂合金攪拌摩擦焊后，接頭系數(shù)高達(dá)91%；焊接接頭彈性性能高于母材；熱穩(wěn)定較差和熔點(diǎn)較低的β-Mg17Al12相溶入到α-Mg基體中，而熱穩(wěn)定較好和熔點(diǎn)較高的Mg2Sn相則保留在了焊核區(qū)。
　?。?）鎂合金攪拌摩擦焊接溫度場(chǎng)模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合，焊接

5、溫度模擬誤差低于6%。計(jì)算表明隨旋轉(zhuǎn)速度從800 r/min增至1600 r/min，10 mm厚AZ31鎂合金攪拌摩擦焊過程中最高溫度從471℃升至578℃；隨焊接速度從120 mm/min增至360 mm/min，10 mm厚AZ31攪拌摩擦焊過程中最高溫度從578℃降至454℃；隨板材厚度從4 mm增至16 mm，AZ31鎂合金攪拌摩擦焊過程中最高溫度從442℃升至570℃。
　?。?）鎂合金攪拌摩擦焊的焊后殘余應(yīng)力模擬計(jì)算