【摘要】：高速、安全、便捷、舒適是交通運(yùn)輸業(yè)所追求的目標(biāo),在追求此目標(biāo)的同時(shí),交通運(yùn)輸業(yè)同樣面臨著能源問題及環(huán)境污染問題。制造一個(gè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的結(jié)構(gòu)件顯得尤為重要,而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的輕量化是解決能源問題及環(huán)境污染問題最有效的途徑之一;用鋁合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼鐵材料在結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用,將會(huì)減輕構(gòu)件自重,而實(shí)現(xiàn)其輕量化;6082-T6鋁合金具有優(yōu)良的焊接性、耐腐蝕性及成型性等優(yōu)點(diǎn),目前已經(jīng)成功的運(yùn)用于高速列車及地鐵車體的制造中。攪拌摩擦焊作為一種新型固相連接方法,被公認(rèn)為是鋁合金的最佳焊接方式。為此本文研究6082-T6鋁合金攪拌摩擦焊過程中組織演變規(guī)律及其對(duì)焊接接頭力學(xué)性能的影響,為6082-T6鋁合金應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。(1)為了觀察攪拌摩擦焊過程中動(dòng)態(tài)組織演變規(guī)律,將“Stop-action”技術(shù)與背散射電子衍射表征技術(shù)相結(jié)合,研究了 6082-T6鋁合金攪拌摩擦焊過程中晶粒大小、晶界特征、晶粒取向、織構(gòu)類型及織構(gòu)組分的演變過程。(2)攪拌摩擦焊焊接過程中,由于軸肩及攪拌針引入的剪切應(yīng)力,使母材粗大晶粒發(fā)生熱塑性變形,在焊接熱循環(huán)的作用下,變形后的晶粒發(fā)生連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,焊核區(qū)產(chǎn)生(111)[110]剪切織構(gòu),同時(shí),晶粒被細(xì)化。(3)焊核區(qū)后退側(cè)因發(fā)生“幾何動(dòng)態(tài)再結(jié)晶”,而形成層片狀結(jié)構(gòu),隨著焊接過程的繼續(xù)進(jìn)行,長條狀晶粒內(nèi)位錯(cuò)也發(fā)生塞積與重組,在長條狀晶粒內(nèi)發(fā)生“連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶”,最終晶粒在焊核區(qū)后退側(cè)整體呈“項(xiàng)鏈”狀排列。(4)基于攪拌針后方所形成的湯普森四面體及(110)[001]Goss取向與(114)[221]取向之間特定的晶體學(xué)關(guān)系,焊核區(qū)首先形成(110)[001]高斯織構(gòu)和(114)[221]織構(gòu),聚集后的(011)[100]Goss取向晶粒及(114)[221]取向晶粒交替出現(xiàn),進(jìn)一步形成條帶狀結(jié)構(gòu)。(5)(112)[111]Copper 織構(gòu)、(110)[001]Goss 織構(gòu)、(111)[110]剪切織構(gòu)、(001)[100]立方織構(gòu)及(001)[110]旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)沿焊接方向及橫向上的Schmid因子不同,其中(112)[111]Copper織構(gòu)沿焊接方向Schmid因子小,增強(qiáng)了焊接接頭沿焊接方向的抗拉強(qiáng)度,而(111)[110]剪切織構(gòu)對(duì)接頭橫向拉伸性能也起到了一定的增強(qiáng)作用。(6)焊接接頭中因存在晶粒的擇優(yōu)取向而出現(xiàn)了各向異性,沿橫向抗拉強(qiáng)度為275MPa,達(dá)到了母材強(qiáng)度的83.3%,斷后延伸率為6%;沿焊接方向拉伸時(shí),其抗拉強(qiáng)度為292MPa,達(dá)到了母材強(qiáng)度的88.5%,斷后延伸率為9.8%。(7)FSW焊接接頭橫截面顯微硬度曲線近似為“W”形,焊縫上層硬度高于下層,硬度最小值出現(xiàn)在前進(jìn)側(cè)熱影響區(qū);縱截面顯微硬度在匙孔前后幅值變化較大。(8)焊接接頭在受力過程中,塑性變形主要集中在焊核區(qū),而前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)未發(fā)生明顯塑性變形,在焊核區(qū)與熱機(jī)影響區(qū)交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中,進(jìn)一步萌生裂紋,并且裂紋沿此交界線擴(kuò)展,最終導(dǎo)致焊接接頭斷裂,使得前進(jìn)側(cè)成為力學(xué)性能薄弱部位。
【圖文】：

的理論依據(jù)和試驗(yàn)依據(jù)。列鋁合金特點(diǎn)變形機(jī)制簡介立方(FCC)結(jié)構(gòu)，其晶體點(diǎn)陣常數(shù) a=0.40568nm[15]。鋁合金中層形過程中發(fā)生孿生的可能性比較低，因此，，鋁及鋁合金的塑性晶界滑移。在變形過程中，晶粒的取向往往發(fā)生變化，有些晶粒成變形亞結(jié)構(gòu)，常見的變形亞結(jié)構(gòu)有以下四種[16]，圖 1.1 為鋁的亞結(jié)構(gòu)示意圖：以纏結(jié)或其他的形式存在于晶粒中；：隨著位錯(cuò)密度的增大，位錯(cuò)互相堆積，形成三維的網(wǎng)絡(luò)組織：在一個(gè)晶粒中啟動(dòng)了不同的滑移系，同一個(gè)晶粒內(nèi)形成不同：在剪切應(yīng)力下，晶粒內(nèi)形成的一條帶狀變形層，并且可以穿過

圖 1.2 板材中的織構(gòu)現(xiàn)象示意圖[17]構(gòu)的檢測(cè)方法比較多，其中最廉價(jià)的方法為蝕坑法，它是利用金相顯微鏡投影或維持腐蝕露頭來反映晶體的取向[19]，但其測(cè)量精度不高；目前測(cè)量主要有以下幾種；第一種，X 射線衍射或中子衍射技術(shù)，其主要測(cè)量多晶觀織構(gòu)，其中 X 射線衍射方法測(cè)量織構(gòu)的速度快，統(tǒng)計(jì)性高，但其測(cè)量精衍射技術(shù)的精度高，但設(shè)備比較昂貴，限制了其廣泛使用[17]；第二種，高的背散射電子衍射(EBSD)技術(shù)，其主要用于檢測(cè)多晶體材料中某一微區(qū) 技術(shù)也能得到多晶體完整的取向信息，在進(jìn)行取向分析的同時(shí)，更能將晶形貌相對(duì)應(yīng)來分析，同時(shí)也能得出特殊晶粒及其周圍的晶粒取向，比如采用析再結(jié)晶過程中晶粒的異常長大[20]；也能統(tǒng)計(jì)晶粒間的取向差分布狀態(tài)，中可以得出晶界的性質(zhì)，近年來得到了廣泛的應(yīng)用[21]；第三種，透射法準(zhǔn)觀織構(gòu)[22]，但其受到試樣測(cè)試時(shí)的厚度要求等因素的限制，目前沒有得到1.2 織構(gòu)表達(dá)方式彌勒(晶面)指數(shù)表示法一個(gè)由 x，y，z 組成的直角坐標(biāo)系，如圖 1.3a 中所示，再有一個(gè)立方晶體
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG453.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2676499