鋁-鎂合金攪拌摩擦搭接焊接頭界面組織及性能研究.pdf

1、本文采用攪拌摩擦搭接焊對厚度為2mm的軋制板材6061鋁合金與AZ31B鎂合金進行了試驗。研究了焊接工藝參數(shù)（旋轉速度，焊接速度與攪拌頭針長）對Al/Mg接頭界面組織及力學性能的影響以及隨后熱處理過程中界面組織的變化。進而探討了在Al/Mg接頭界面處添加Zn箔對Al/Mg接頭界面組織和力學性能的影響。
　　實驗結果表明：焊接工藝參數(shù)的選擇對有無Zn箔的Al/Mg搭接接頭的成形質量具有很大的作用。焊接工藝參數(shù)選取的合適，可以得到成形

2、良好的焊縫以及內部無缺陷的接頭。而工藝參數(shù)選取不當，會使得焊縫表面出現(xiàn)飛邊以及內部出現(xiàn)孔洞等缺陷。通過對Al/Mg直接搭接接頭的過渡區(qū)分析可知，由于Al元素與Mg元素的相互擴散在 Al/Mg搭接接頭界面處形成了不同于兩側母材的過渡層。界面層的過渡層由γ-Al12Mg17相和β-Al3Mg2相組成。焊接參數(shù)過小易使得接頭結合不牢靠，而焊接參數(shù)過大易使得界面處的過渡層擴大，從而導致界面層的脆性增大，接頭的剪切強度急劇降低。另外，Al/Mg搭

3、接接頭的顯微硬度值分布表明界面處的硬度值也要遠高于母材。
　　為進一步了解Al/Mg搭接接頭界面處過渡層的生長行為，對界面金屬間化合物層在不同的保溫時間，不同的熱處理溫度下的生長進行了分析。實驗發(fā)現(xiàn)，在熱處理過程中，靠近Al基體側存在Si、Fe元素的富集以及富集區(qū)與β-Al3Mg2相層區(qū)之間存在孔洞。金屬間化合物層β-Al3Mg2相和γ-Al12Mg17相的生長服從拋物線規(guī)律。β-Al3Mg2相的生長速率總是明顯要快于γ-Al12

4、Mg17相的生長速率。另外，在熱處理過程中β-Al3Mg2相的生長是受體擴散控制，而γ-Al12Mg17相在低溫下受體擴散與晶界擴散共同控制，而在高溫下只受體擴散控制。β-Al3Mg2相的擴散系數(shù)比γ-Al12Mg17相的擴散系數(shù)要高一個數(shù)量級，其激活能分別為113.5 kJ mol?1和69.3 kJ mol?1。
　　對添加Zn箔的Al/Mg搭接接頭的過渡層分析可知，焊接參數(shù)過小時，易在界面處留有未擴散的Zn層；焊接參數(shù)過大時

5、，由于Zn的充分液化與流動，使得界面處Zn的擴散層減少，從而導致接頭界面處有Al-Mg系金屬間化合物生成；焊接參數(shù)合適時，Zn箔的加入能夠有效的阻礙Al元素與Mg元素之間的擴散，使其過渡層主要由富Al相，Al5Mg11Zn4化合物層以及Mg-Zn共晶組織區(qū)組成。盡管Al/Zn/Mg搭接接頭縱向顯微硬度值分布表明界面處的硬度值仍然較高，但較之Al-Mg系金屬間化合物有所明顯的降低，有利于界面處力的傳遞，降低界面處殘余應力和裂紋的擴展，從而