AZ91D及ZG61鎂合金FSW接頭組織與力學性能的研究.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對金屬構(gòu)件提出減輕減薄的需求，鎂合金作為輕金屬材料廣泛應用于汽車制造、交通、航天航空等領域，因此鎂合金的連接問題得到關注，攪拌摩擦焊(FSW)作為一種固相連接技術可以避免傳統(tǒng)焊接方法所產(chǎn)生的缺陷，獲得性能良好的接頭。
　　本課題首先研究了鑄軋態(tài)AZ91D以及擠壓態(tài)Mg-6Zn-1Gd(ZG61)同種鎂合金板材攪拌摩擦焊接頭，對比了在相同參數(shù)下兩種接頭在成形、顯微組織以及力學性能等方面的區(qū)別，分析了鎂合金塑性成形能力與

2、可選參數(shù)范圍及接頭成形之間的關系。其次研究了熱軋態(tài)AZ91D與擠壓態(tài)ZG61異種鎂合金板材攪拌摩擦焊接頭，分析了參數(shù)以及母材位置對于接頭成形以及力學性能的影響，并深入探索了攪拌摩擦過程中金屬流動方式與組織形成規(guī)律。
　　采用攪拌頭轉(zhuǎn)速1000r/min及1200r/min，焊接速度40mm/min、80mm/min及120mm/min，共6組參數(shù)獲得鑄軋態(tài)AZ91D以及擠壓態(tài)ZG61同種鎂合金板材攪拌摩擦焊接頭。對于AZ91D接頭

3、，熱輸入范圍為10r/mm～15r/mm的3組參數(shù)均得到了無缺陷的焊縫，熱輸入過大或過小的另3組參數(shù)獲得的焊縫存在表面質(zhì)量差、溝槽以及內(nèi)部孔洞等缺陷。相比于AZ91D接頭，有4組參數(shù)獲得了表面成形良好、內(nèi)部質(zhì)量高的ZG61接頭。擠壓態(tài)ZG61的塑性變形能力比鑄軋態(tài)AZ91D更好，應變硬化指數(shù)測試結(jié)果驗證了這一結(jié)論。
　　力學性能結(jié)果表明:對于AZ91D接頭，無缺陷的接頭斷裂位置為母材，抗拉強度為195MPa，存在缺陷的接頭斷裂位置

4、為焊縫，抗拉強度低于195MPa。對于ZG61接頭，無缺陷接頭的裂紋均為從前進側(cè)熱機械影響區(qū)往底部焊核區(qū)擴展，斷口與拉伸力方向之間的角度約為37°，接頭抗拉強度最大值為251MPa，達到母材的85％，有缺陷接頭表現(xiàn)為沿缺陷的脆性斷裂。
　　AZ91D接頭中觀察到洋蔥環(huán)結(jié)構(gòu)，而在ZG61接頭中卻沒有觀察到這一特征。AZ91D接頭完全再結(jié)晶的時間隨著溫度升高逐漸減少。ZG61接頭在430℃進行固溶處理隨著時間的增加，抗拉強度先增加再減

5、小，處理2h獲得的最高強度為256MPa，達到母材抗拉強度的86.77％，斷口伸長率隨時間延長增加，最高為5.8％。
　　采用攪拌頭轉(zhuǎn)速1000r/min，焊接速度80mm/min、120mm/min、160mm/min及240mm/min共4組參數(shù)獲得了熱軋態(tài)AZ91D與擠壓態(tài)ZG61異種鎂合金板材的攪拌摩擦焊接頭。3個低焊速參數(shù)獲得的ZG61/AZ91D接頭無缺陷，在高溫、高應力作用下金屬發(fā)生了劇烈的塑變與流動，形成了層片狀晶

6、結(jié)構(gòu)以及洋蔥環(huán)結(jié)構(gòu)，而焊速為240mm/min獲得的接頭存在明顯缺陷;所有參數(shù)獲得的AZ91D/ZG61接頭均有缺陷。ZG61/AZ91D接頭的攪拌區(qū)顯微硬度范圍為76HV～84HV，AZ91D/ZG61接頭攪拌區(qū)顯微硬度范圍為72HV～78HV。ZG61/AZ91D接頭在低焊速下，抗拉強度較高，最高抗拉強度達到ZG61的86％，焊速為240mm/min時抗拉強度僅有140MPa。而AZ91D/ZG61接頭的抗拉強度均只有30MPa～5