【摘要】：為了探討2219-T6鋁合金攪拌摩擦焊接頭疲勞斷裂位置與區(qū)域局部力學(xué)性能及材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,對(duì)鋁合金2219-T6攪拌摩擦焊接頭開(kāi)展了疲勞試驗(yàn)研究.試樣接頭疲勞斷裂處大多位于焊核區(qū)與熱機(jī)區(qū)交界處及臨近區(qū)域,在裂紋萌生處的亞表面發(fā)現(xiàn)有大的夾雜.焊核區(qū)有明顯微空洞,小角度晶界最多.利用ABAQUS軟件數(shù)值模擬接頭疲勞,分析了接頭局部區(qū)域力學(xué)性能.接頭的熱機(jī)區(qū)和焊核區(qū)的主應(yīng)變值較大,這些區(qū)域較其他區(qū)域更易萌生疲勞裂紋.
【圖文】：

漣枘Σ梁甘匝猞牡ブ崞＠?試驗(yàn)的研究，分析接頭的疲勞斷裂位置處材料的宏微觀(guān)特征，揭示接頭疲勞薄弱區(qū)域裂紋萌生和擴(kuò)展機(jī)理，并通過(guò)數(shù)值模擬進(jìn)一步得到局部薄弱區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值．1疲勞試驗(yàn)1.1疲勞試樣試驗(yàn)材料為鋁－銅系熱處理強(qiáng)化鋁合金2219-T6，試樣板厚為6mm，焊接方式為攪拌摩擦焊，攪拌工具參數(shù)為:攪拌針直徑為6mm，軸肩直徑為18mm，攪拌針長(zhǎng)度為5.7mm．試樣焊接參數(shù)為:攪拌頭轉(zhuǎn)速800r/min，焊接速度150mm/min．沿垂直于焊縫方向截取疲勞試樣，焊縫位于疲勞試樣中心且垂直于疲勞載荷方向，疲勞試樣尺寸見(jiàn)圖1．其母材及焊接件整體力學(xué)性能如表1所示．圖1疲勞試樣形狀及尺寸Fig．1Shapeandsizeoftestspecimensforfatigue表12219-T6鋁合金力學(xué)性能Table1Mechanicalpropertiesof2219-T6項(xiàng)目抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度/MPa延伸率母材［9］4242840.16接頭3241820.091.2疲勞加載疲勞試驗(yàn)在MTS858臺(tái)式電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上完成．試驗(yàn)加載頻率均為10Hz，載荷類(lèi)型為拉－壓型，應(yīng)力比為－0.3，接頭最大應(yīng)力范圍為199～260MPa．試樣疲勞壽命為從循環(huán)加載至斷裂，疲勞壽命曲線(xiàn)如圖2所示，，疲勞壽命隨載荷的增大逐漸降低．圖2最大循環(huán)應(yīng)力－壽命曲線(xiàn)Fig．2Maximumcyclestressesversusnumberofcycles2疲勞結(jié)果分析2.1斷裂位置的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)對(duì)21個(gè)試樣進(jìn)行斷裂后金相觀(guān)察，統(tǒng)計(jì)了疲勞源萌生位置．結(jié)果發(fā)現(xiàn):有8個(gè)斷在焊核區(qū)，6個(gè)斷在焊核區(qū)與熱機(jī)交界處，4個(gè)斷在熱機(jī)區(qū)，3個(gè)斷在低硬度熱影響區(qū)．為研究疲勞裂紋萌生在接頭不同區(qū)域的機(jī)理，本文對(duì)焊接接頭各區(qū)域進(jìn)行了硬度分析及微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)分析．2.2顯微硬度分布基于接頭金相組織及硬度分布，將接頭分為母材區(qū)(BM)、焊核區(qū)(NZ)、前進(jìn)側(cè)(AS)熱機(jī)區(qū)(TMAZ)、前進(jìn)側(cè)高硬度?

匝馇行那?垂直于疲勞載荷方向，疲勞試樣尺寸見(jiàn)圖1．其母材及焊接件整體力學(xué)性能如表1所示．圖1疲勞試樣形狀及尺寸Fig．1Shapeandsizeoftestspecimensforfatigue表12219-T6鋁合金力學(xué)性能Table1Mechanicalpropertiesof2219-T6項(xiàng)目抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度/MPa延伸率母材［9］4242840.16接頭3241820.091.2疲勞加載疲勞試驗(yàn)在MTS858臺(tái)式電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上完成．試驗(yàn)加載頻率均為10Hz，載荷類(lèi)型為拉－壓型，應(yīng)力比為－0.3，接頭最大應(yīng)力范圍為199～260MPa．試樣疲勞壽命為從循環(huán)加載至斷裂，疲勞壽命曲線(xiàn)如圖2所示，疲勞壽命隨載荷的增大逐漸降低．圖2最大循環(huán)應(yīng)力－壽命曲線(xiàn)Fig．2Maximumcyclestressesversusnumberofcycles2疲勞結(jié)果分析2.1斷裂位置的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)對(duì)21個(gè)試樣進(jìn)行斷裂后金相觀(guān)察，統(tǒng)計(jì)了疲勞源萌生位置．結(jié)果發(fā)現(xiàn):有8個(gè)斷在焊核區(qū)，6個(gè)斷在焊核區(qū)與熱機(jī)交界處，4個(gè)斷在熱機(jī)區(qū)，3個(gè)斷在低硬度熱影響區(qū)．為研究疲勞裂紋萌生在接頭不同區(qū)域的機(jī)理，本文對(duì)焊接接頭各區(qū)域進(jìn)行了硬度分析及微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)分析．2.2顯微硬度分布基于接頭金相組織及硬度分布，將接頭分為母材區(qū)(BM)、焊核區(qū)(NZ)、前進(jìn)側(cè)(AS)熱機(jī)區(qū)(TMAZ)、前進(jìn)側(cè)高硬度熱影響區(qū)(HHAZ)、前進(jìn)側(cè)低硬度熱影響區(qū)(LHAZ)、后退側(cè)(ＲS)熱機(jī)區(qū)、后退側(cè)高硬度熱影響區(qū)、后退側(cè)低硬度熱影響區(qū)．接頭處的硬度分布如圖3所示，采用維氏硬度測(cè)量方法，儀器為HX-1000TM型顯微硬度計(jì)．接頭正面熱機(jī)影響區(qū)硬度明顯偏低，背面焊核區(qū)硬度最低．上下面硬度分布不盡相同．一般認(rèn)為，材料硬度和抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度有正比關(guān)系，即硬度越低，材料力學(xué)性能越差［10］．據(jù)此結(jié)論推斷，焊核區(qū)和正面的熱機(jī)影響區(qū)為性能薄弱區(qū)域，但由于焊核區(qū)其再結(jié)晶晶粒非常細(xì)?

【參考文獻(xiàn)】

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