本文關(guān)鍵詞：鎂合金攪拌摩擦焊接工藝與接頭的組織性能研究

  更多相關(guān)文章： 攪拌摩擦焊 鎂合金 微觀組織 力學(xué)性能 對(duì)接 T型焊

【摘要】：目前鎂合金的連接主要通過(guò)傳統(tǒng)的熔化焊和鉚接完成，因而容易出現(xiàn)熱裂紋、氣孔、焊接變形大和接頭力學(xué)性能差等問(wèn)題。而作為一種新型的固相連接方法，攪拌摩擦焊具有一系列不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，從而為鎂合金的焊接提供了一種新的解決方法。本文選取10mm厚Mg-Gd-Y鎂合金板材，進(jìn)行攪拌摩擦單面和雙面焊接，對(duì)接頭的微觀組織和靜動(dòng)態(tài)力學(xué)行為進(jìn)行分析研究；同時(shí)選取AZ31鎂合金進(jìn)行攪拌摩擦T型焊，研究接頭的微觀組織，探討了焊接工藝參數(shù)對(duì)力學(xué)性能的影響。 對(duì)于10mm厚的Mg-Gd-Y鎂合金，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度為400r/min，焊接速度為120mm/min時(shí)，成功實(shí)現(xiàn)了攪拌摩擦單面焊對(duì)接。焊縫焊核區(qū)根據(jù)Z因子可以判斷發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，生成細(xì)小均勻的晶粒，且晶粒尺寸從焊核區(qū)上部到底部依次降低；熱力影響區(qū)發(fā)生部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；熱影響區(qū)只受到熱循環(huán)的作用，晶粒發(fā)生長(zhǎng)大；母材區(qū)沒(méi)有發(fā)生變化。母材晶粒TEM中觀察到平直的三分叉晶界，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)高密度位錯(cuò)的晶粒。由于存在納米級(jí)沉淀相β'，存在明顯的沉淀強(qiáng)化。焊核區(qū)存在高密度位錯(cuò)的晶粒和亞晶，也有已完成動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的晶粒，不同的晶粒處于再結(jié)晶的不同階段。熱力影響區(qū)存在低密度位錯(cuò)的小區(qū)和多邊化后的大角度晶界；由于β相的大量存在，且與基體不共格，該區(qū)的強(qiáng)度和硬度均下降。 單面焊焊縫的顯微硬度在水平方向呈W形分布，母材最高，焊核區(qū)其次，前進(jìn)側(cè)熱力影響區(qū)最低；在厚度方向上，顯微硬度從焊縫上表面到下表面逐漸增大。接頭的抗拉強(qiáng)度最大值為264.0MPa，達(dá)到母材的88%，拉伸斷裂在前進(jìn)側(cè)熱力影響區(qū)。沖擊韌性在焊核區(qū)最高，熱影響區(qū)其次，母材最低。 當(dāng)應(yīng)變率在103s-1以上，熱影響區(qū)和母材區(qū)應(yīng)變率效應(yīng)不明顯，而焊核區(qū)呈現(xiàn)一定的正應(yīng)變率效應(yīng)。在相近應(yīng)變率下，母材的抗壓強(qiáng)度最高，熱影響區(qū)最低；焊核區(qū)和熱影響區(qū)的斷裂應(yīng)變要比母材高；焊核區(qū)吸收能量最高，熱影響區(qū)最低。焊核區(qū)晶粒在高速?zèng)_擊下被拉長(zhǎng)。熱影響區(qū)和母材區(qū)仍存在明顯的條帶狀組織，晶粒內(nèi)有很多的孿晶，且數(shù)量隨應(yīng)變率的增大先增多后減少。焊核區(qū)的塑性變形機(jī)制以滑移為主，而熱影響區(qū)和母材的塑性變形機(jī)制為滑移和孿生共存。 對(duì)于10mm厚的Mg-Gd-Y鎂合金，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度為600r/min，焊接速度為80mm/min時(shí)，成功實(shí)現(xiàn)了Mg-Gd-Y鎂合金攪拌摩擦雙面焊對(duì)接，同向焊接和異向焊接焊縫中均發(fā)現(xiàn)“S”線。焊縫焊核區(qū)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，生成細(xì)小均勻的晶粒；熱力影響區(qū)發(fā)生晶粒塑性變形和部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；熱影響區(qū)只受到熱循環(huán)的作用，晶粒發(fā)生長(zhǎng)大。 雙面焊焊縫的顯微硬度水平方向上呈W形特征，焊核區(qū)硬度與母材相當(dāng)，前進(jìn)側(cè)熱力影響區(qū)最低；同向焊接兩次焊縫的前進(jìn)側(cè)位于焊縫中心兩側(cè)，硬度的最低值分在兩側(cè)；而異向焊接位于同側(cè)。厚度方向上，從焊縫上表面到下表面顯微硬度呈V形分布，，上下表面最高，中間重合區(qū)最低。同向焊接接頭的抗拉強(qiáng)度要高于異向焊接和單面焊，達(dá)到母材的95.2%。同向焊接拉伸斷裂在焊核區(qū)，異向焊接斷裂在前進(jìn)側(cè)熱力影響區(qū)。沖擊吸收功、沖擊韌性在焊核區(qū)最高，熱影響區(qū)其次，母材最低。而且雙面焊的沖擊性能要高于單面焊和母材。 對(duì)于12mm厚AZ31鎂合金，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度為400r/min、焊接速度為100mm/min時(shí)，成功實(shí)現(xiàn)了攪拌摩擦T型焊。焊核區(qū)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，生成細(xì)小均勻的晶粒；熱力影響區(qū)發(fā)生部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；熱影響區(qū)只受到熱循環(huán)的作用，晶粒發(fā)生長(zhǎng)大；母材區(qū)沒(méi)有發(fā)生變化。 接頭的抗拉強(qiáng)度最大值為196.7MPa，達(dá)到母材的73.4%；彎曲強(qiáng)度最大值為310.3MPa，達(dá)到母材的72.7%�？估瓘�(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均是隨攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度和P值（旋轉(zhuǎn)速度/焊接速度）的增加先變大后變小，且當(dāng)P=4時(shí)達(dá)到最大。接頭顯微硬度分布圖呈“VW”形，焊核區(qū)最高，壁板中心最低，底部硬度要高于頂部。
【關(guān)鍵詞】：攪拌摩擦焊 鎂合金 微觀組織 力學(xué)性能 對(duì)接 T型焊
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG453.9
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目錄9-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 鎂合金及其焊接簡(jiǎn)介12-13
• 1.2 攪拌摩擦焊簡(jiǎn)介13-16
• 1.2.1 攪拌摩擦焊的特點(diǎn)14-15
• 1.2.2 影響焊縫質(zhì)量的主要因素15-16
• 1.3 攪拌摩擦焊接頭的研究現(xiàn)狀16-23
• 1.3.1 接頭的微觀組織研究16-20
• 1.3.2 接頭的力學(xué)性能研究20-22
• 1.3.3 接頭不同連接方式的研究22-23
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容23-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方案25-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料25
• 2.2 焊接設(shè)備25-28
• 2.2.1 攪拌摩擦焊機(jī)25-26
• 2.2.2 攪拌頭設(shè)計(jì)26-27
• 2.2.3 焊接工藝參數(shù)27-28
• 2.3 接頭性能測(cè)試方法28-33
• 2.3.1 微觀組織觀察28
• 2.3.2 焊接接頭的物相分析28-29
• 2.3.3 接頭拉伸性能測(cè)試29
• 2.3.4 焊接接頭動(dòng)態(tài)性能測(cè)試29-30
• 2.3.5 硬度測(cè)試30
• 2.3.6 沖擊韌性試驗(yàn)30-31
• 2.3.7 斷口形貌分析31
• 2.3.8 彎曲實(shí)驗(yàn)31-33
• 第三章 Mg-Gd-Y 鎂合金攪拌摩擦單面焊對(duì)接接頭組織和性能研究33-49
• 3.1 焊接工藝與焊縫成形33-34
• 3.2 Mg-Gd-Y 合金攪拌摩擦單面焊接頭的金相分析34-39
• 3.3 Mg-Gd-Y 合金攪拌摩擦單面焊接頭的 TEM 分析39-42
• 3.4 Mg-Gd-Y 合金攪拌摩擦單面焊接頭的物相分析42-43
• 3.5 Mg-Gd-Y 合金攪拌摩擦單面焊接頭的力學(xué)性能43-47
• 3.5.1 單面焊接接頭的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸力學(xué)性能43-44
• 3.5.2 單面焊接接頭的顯微硬度44-45
• 3.5.3 單面焊接接頭的沖擊韌性研究45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 第四章 Mg-Gd-Y 鎂合金攪拌摩擦雙面焊對(duì)接接頭組織和性能研究49-62
• 4.1 焊接工藝與焊縫成形49-50
• 4.2 Mg-Gd-Y 合金攪拌摩擦雙面焊接頭的微觀組織50-53
• 4.2.1 雙面焊接頭橫截面的低倍顯微組織50-52
• 4.2.2 雙面焊接頭橫截面不同區(qū)域的顯微組織52-53
• 4.3 Mg-Gd-Y 合金攪拌摩擦雙面焊接頭的力學(xué)性能53-60
• 4.3.1 雙面焊接接頭的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸力學(xué)性能53-55
• 4.3.2 雙面焊接接頭的顯微硬度55-57
• 4.3.3 雙面焊接接頭的沖擊韌性研究57-59
• 4.3.4 雙面焊接接頭的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮研究59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第五章 Mg-Gd-Y 鎂合金攪拌摩擦焊接頭的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為研究62-69
• 5.1 焊接接頭的動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能62-64
• 5.2 微觀組織分析64-66
• 5.3 焊接接頭壓縮斷口形貌66-67
• 5.4 本章小結(jié)67-69
• 第六章 AZ31 鎂合金攪拌摩擦 T 型焊研究69-80
• 6.1 T 型接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)69-70
• 6.2 焊接工藝與焊縫成形70-71
• 6.3 AZ31 鎂合金攪拌摩擦 T 型焊接頭的微觀組織71-72
• 6.4 AZ31 鎂合金攪拌摩擦 T 型焊接頭的拉伸性能72-76
• 6.4.1 焊接接頭的抗拉強(qiáng)度72-73
• 6.4.2 工藝參數(shù)對(duì)接頭抗拉強(qiáng)度的影響73-74
• 6.4.3 焊接接頭的拉伸斷口74-76
• 6.5 AZ31 鎂合金攪拌摩擦 T 焊接頭的彎曲性能76-77
• 6.5.1 焊接接頭的彎曲強(qiáng)度76
• 6.5.2 工藝參數(shù)對(duì)彎曲強(qiáng)度的影響76-77
• 6.6 AZ31 鎂合金攪拌摩擦 T 焊接頭的硬度77-78
• 6.7 本章小結(jié)78-80
• 結(jié)論80-82
• 參考文獻(xiàn)82-88
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單88-90
• 致謝90

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：769066