鋁鎂系合金強(qiáng)韌性能及焊接性能研究.pdf

1、鎂合金作為21世紀(jì)最具生命力的新型環(huán)保結(jié)構(gòu)材料，它的開發(fā)和應(yīng)用對(duì)于實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展具有重要而深遠(yuǎn)的意義。但是，鎂合金的合金系統(tǒng)還較少，現(xiàn)有鎂合金的力學(xué)性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。本論文在現(xiàn)有鎂合金系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添加稀土元素，研究和開發(fā)了兩種新型高強(qiáng)高韌鎂合金材料，并對(duì)廣泛應(yīng)用的AZ31B 鎂合金的焊接冶金性能和焊接接頭力學(xué)性能進(jìn)行了深入研究。
　　 在AZ31 鎂合金系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入微量合金元素釔Y，研究了釔Y對(duì)AZ31合

2、金的微觀組織、室溫力學(xué)性能和斷裂機(jī)制的影響。AZ31 鎂合金中加入釔Y 后，形成塊狀A(yù)l2Y 化合物，該合金組織由α-Mg 固溶體+Mg17Al12+Al2Y相組成。釔Y的加入使Mg-3Al-Zn合金系統(tǒng)韌性提高，鑄造狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度達(dá)到212 Mpa，延伸率達(dá)到7[％]以上，拉伸斷口出現(xiàn)撕裂棱和韌窩，使該合金系統(tǒng)的斷裂機(jī)制由解理斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)解理斷裂。
　　 分析了稀土元素鑭La對(duì)AZ91 鎂合金的改性作用及其作用機(jī)理。稀土元素

3、鑭La的添加，可以有效地細(xì)化晶粒，使Mg17Al12相由原先連續(xù)、粗大的網(wǎng)狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的、致密的不連續(xù)狀。當(dāng)鑭La的添加量在0.2[％]左右、精煉溫度為993K的條件下，能得到理想的合金性能、最少的合金損耗。與國家標(biāo)準(zhǔn)AZ91 鎂合金材料比較，由于稀土元素鑭La的添加，合金試樣的硬度、沖擊吸收功提高1倍以上，抗拉強(qiáng)度提高73[％]，延伸率提高了7倍。
　　 探究了AZ31 鎂合金材料TIG 自熔焊、填絲TIG 焊和MIG 焊的焊

4、接冶金性能。分析了三種焊接方法焊接裂紋產(chǎn)生原因及裂紋特征，AZ31B 鎂合金焊接熱裂紋在接近焊縫中心處產(chǎn)生，裂紋向熔合區(qū)方向擴(kuò)展，擴(kuò)展速度很快并且過程中存在多次分叉裂紋，裂紋及其分叉都是沿晶擴(kuò)展。
　　 研究了AZ31 鎂合金及其焊接接頭的基本力學(xué)性能。試驗(yàn)所用軋制態(tài)AZ31 鎂合金板材靜載抗拉強(qiáng)度為285.2 Mpa，經(jīng)過TIG 焊接熱循環(huán)的作用后，焊接接頭的靜載抗拉強(qiáng)度下降，比母材抗拉強(qiáng)度降低10[％]左右。橫向非承載十字接

5、頭試件的抗拉強(qiáng)度為255.9 Mpa，縱向非承載十字接頭試件的抗拉強(qiáng)度為258.0 Mpa。焊接接頭顯微硬度測(cè)試結(jié)果顯示，焊縫區(qū)的顯微硬度值較高，熱影響區(qū)顯微硬度最低。
　　 測(cè)試了AZ31 鎂合金板材在-80～340 ℃溫度范圍內(nèi)的沖擊韌性隨溫度變化的規(guī)律。結(jié)果表明：AZ31 鎂合金母材在-80～260 ℃溫度范圍內(nèi)存在韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，以能量標(biāo)準(zhǔn)和延性標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得的韌脆轉(zhuǎn)變溫度約為140 ℃。AZ31鎂合金的沖擊性能對(duì)缺口很敏感，試

6、樣從無缺口到有缺口，即使僅有很小的缺口，沖擊韌性也突然下降，未開缺口的沖擊試樣的沖擊韌性akv 為50J·cm-2 以上，而缺口深度D=0.1 mm的缺口試樣，沖擊韌性akv 僅為15.95J·cm-2。示波沖擊試驗(yàn)結(jié)果顯示AZ31 鎂合金母材和焊接接頭的斷裂過程極不相同。
　　 對(duì)AZ31 鎂合金板材及其TIG 焊對(duì)接接頭、縱向角接接頭、非承載十字接頭等三種接頭的疲勞性能進(jìn)行了測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明：在2×10 6的循環(huán)次數(shù)下，A

7、Z31 鎂合金母材的疲勞強(qiáng)度為57.81 Mpa，對(duì)接接頭的疲勞強(qiáng)度為24.60MPa，縱向角接接頭的疲勞強(qiáng)度為20.14 Mpa，橫向非承載十字接頭的疲勞強(qiáng)度為17.25Mpa，鎂合金焊接接頭的疲勞性能遠(yuǎn)低于母材。掃描電鏡觀察疲勞斷口發(fā)現(xiàn)，AZ31 鎂合金焊接接頭斷口中沒有連續(xù)、清晰的疲勞輝紋，大部分區(qū)域都是由細(xì)小密集的解理臺(tái)階、扇形花樣斷口、河流狀花樣斷口組成，在斷口的很多地方都可以看到大小不一的二次裂紋。
　　 提出了采用

8、超聲沖擊方法改善AZ31 鎂合金焊接接頭的疲勞強(qiáng)度的措施。試驗(yàn)結(jié)果表明：焊接接頭焊趾經(jīng)過超聲沖擊后，縱向非承載十字接頭的疲勞強(qiáng)度比焊態(tài)試樣提高了54.5[％]，達(dá)到母材疲勞強(qiáng)度的84.2[％]；橫向非承載十字接頭的疲勞強(qiáng)度比焊態(tài)試樣提高了43.6[％]，達(dá)到母材疲勞強(qiáng)度的68.6[％]。在一定應(yīng)力范圍的疲勞壽命延長(zhǎng)到原來的3倍。
　　 研究了AZ31 鎂合金及其焊接接頭在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5[％]的NaCl 溶液中的腐蝕行為。電化學(xué)

9、腐蝕結(jié)果顯示，母材的自腐蝕電位Ecorr=-1.425V，自腐蝕電流Icorr=1.093×10-2 A，年腐蝕率Ψ=139.8 mm/year，說明AZ31 鎂合金在Cl-溶液中極不耐蝕。焊接接頭形成過程中存在的一些缺陷，加劇了AZ31鎂合金焊接接頭的腐蝕，焊縫金屬的耐腐蝕性小于母材。
　　 采用化學(xué)鍍的方法在鎂合金表面獲得金屬涂鍍層，采用XRD、SEM和TEM 研究了鍍層的成分和組織結(jié)構(gòu)。鍍層組織為非晶+少量微晶組織。耐腐蝕