Mg-Al異種合金攪拌摩擦連接板材接頭性能及銑削變形研究.pdf

1、在航空制造領(lǐng)域，降低飛機重量是一個重要課題。一種有效的方式是將不同的材料連接起來作為大型整體結(jié)構(gòu)件使用，不同合金板材拼連后接頭區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)和板材變形對后續(xù)銑削產(chǎn)生重要影響。本文以攪拌摩擦連接技術(shù)作為板材拼連工藝，以2024-T3鋁合金和AZ31B鎂合金為研究對象，研究兩種合金的拼連工藝，在此基礎(chǔ)上研究拼連板材的銑削工藝。本文完成的主要工作和取得的主要成果如下：
　　1、對FSJ材料流動過程和接頭成形機理進行分析
　　建立了

2、FSJ水平方向材料的偏心擠壓流動過程，用實驗方法驗證了偏心擠壓流動過程的正確性。由偏心擠壓流動過程出發(fā)，進行相應(yīng)的推論并得到了驗證。進一步研究了偏心量與接頭力學性能的關(guān)系。
　　2、對Mg/Al異種合金FSJ過程中作用力的測量和分析
　　對3.2mm厚板材Mg/Al異種合金FSJ進行攪拌頭作用力測量，分析了工藝參數(shù)對攪拌頭3個方向作用力的影響，建立了攪拌頭所受作用力數(shù)學模型。
　　3、對Mg/Al異種合金FSJ工藝進行

3、研究
　　對Mg/Al異種合金FSJ工藝進行實驗研究，尋找到了工藝參數(shù)范圍。對Mg/Al異種合金FSJ后的接頭進行接頭力學性能測試。在工藝參數(shù)范圍內(nèi)，攪拌頭轉(zhuǎn)速和進給速度與接頭力學性能均呈從低值到高值先增大后減小。對接頭進行微觀組織和形貌分析，并進行EDS能譜分析和XRD物相分析，確定了Mg/Al異種合金FSJ連接過程中生產(chǎn)了Mg17Al12和Al3Mg2兩種金屬間化合物。對接頭拉伸斷裂的斷口進行了微觀形貌觀察，確定了Mg/Al異

4、種合金FSJ連接接頭斷裂形式和裂紋源產(chǎn)生原因。對Mg/Al異種合金FSJ接頭進行了硬度分析。
　　4、對Mg/Al異種合金FSJ過程攪拌頭偏置進行研究
　　對Mg/Al異種合金FSJ連接過程中攪拌針進行偏置，分析偏置接頭的力學性能，尋找到了最佳偏置量。攪拌針偏置量與接頭性能之間呈從向Mg側(cè)偏置最大到向Al側(cè)偏置最大先增大后減小，抗拉強度和屈服強度的最大值位于向鋁側(cè)偏置量為0.5mm處。偏置的FSJ接頭中均生產(chǎn)了Mg17Al1

5、2和Al3Mg2兩種金屬間化合物。
　　5、對Mg/Al異種合金FSJ過程的溫度場模擬仿真研究
　　建立了以攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度和進給速度為變量的FSJ熱源模型并以此為基礎(chǔ)進行Mg/Al異種合金FSJ溫度場數(shù)值模擬。將模擬得到的熱循環(huán)曲線和實驗測量得到的數(shù)值進行對比，兩者能夠相互驗證。
　　6、對Mg/Al異種合金FSJ殘余應(yīng)力分布和變形進行分析
　　通過試驗，研究了FSJ板材殘余應(yīng)力和變形的分布規(guī)律，并研究了工藝參數(shù)