ZG61稀土鎂合金FSW接頭組織與性能的研究.pdf

1、鎂合金是目前工程應(yīng)用中較輕的金屬材料，能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)對結(jié)構(gòu)件節(jié)能降耗的要求，廣泛應(yīng)用于航空航天、車輛制造、軌道交通、3C等領(lǐng)域。攪拌摩擦焊作為重要的固相連接技術(shù)，將其應(yīng)用于鎂合金焊接，可以避免裂紋、氣孔、變形等缺陷，獲得成形良好的焊接接頭。本課題以Mg-6Zn-Gd(ZG61)高性能稀土鎂合金為研究對象，采用不同的工藝參數(shù)對ZG61及ZG61/AZ91D鎂合金進(jìn)行攪拌摩擦焊(FSW)，分析接頭成形、顯微組織、耐蝕性能以及力學(xué)性能，討論

2、工藝參數(shù)（焊接速度、旋轉(zhuǎn)速度）對接頭組織、性能的影響規(guī)律，取得如下研究結(jié)果。
　　當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度為1000r/min和1200r/min，焊接速度分別為80mm/min和120mm/min時，能夠獲得表面成形良好，內(nèi)部無缺陷的ZG61鎂合金FSW接頭。當(dāng)焊接速度為40mm/min時，接頭內(nèi)部出現(xiàn)“隧道形”缺陷。冠狀區(qū)上部臨近軸肩有一層非常?。s0.1～0.13mm）的細(xì)密組織，焊核區(qū)晶粒均勻細(xì)小，前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)與焊核區(qū)有明顯的分界，

3、呈“突變特征”。ZG61接頭中均未觀測到“洋蔥環(huán)”，當(dāng)工藝參數(shù)為1000r/min-120mm/min時，焊核區(qū)出現(xiàn)大晶粒帶與小晶粒帶平行交替分布的結(jié)構(gòu)。
　　對ZG61鎂合金FSW接頭進(jìn)行腐蝕試驗，腐蝕初期以點(diǎn)蝕為主，當(dāng)工藝參數(shù)為1000r/min-80mm/min時，接頭腐蝕電流密度最低，耐蝕性最佳。對接頭進(jìn)行顯微硬度測試，當(dāng)接頭內(nèi)部不存在缺陷時，橫向顯微硬度分布呈“W”型，受細(xì)晶強(qiáng)化、加工硬化和彌散強(qiáng)化三種機(jī)制的共同作用，硬

4、度在焊核區(qū)與前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)交界位置達(dá)到最大值83HV。對接頭進(jìn)行拉伸試驗，接頭內(nèi)部存在缺陷時，試樣在焊縫中心處發(fā)生脆性斷裂;當(dāng)接頭不存在缺陷時，試樣在焊核區(qū)與前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)交界位置發(fā)生脆性與韌性混合的斷裂。旋轉(zhuǎn)速度恒定時，接頭抗拉強(qiáng)度隨焊接速度的增大呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)工藝參數(shù)為1000r/min-80mm/min時，接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值260MPa，為母材強(qiáng)度的88％。
　　ZG61/AZ91D接頭焊核區(qū)兩種金屬分別進(jìn)

5、行動態(tài)再結(jié)晶，形成細(xì)小均勻等軸晶，當(dāng)焊接速度為120mm/min時，焊核區(qū)出現(xiàn)“洋蔥環(huán)”結(jié)構(gòu)。攪拌摩擦焊過程中伴隨有金屬的塑性流動:一是受軸肩壓力影響的冠狀區(qū)，其中心區(qū)域金屬向下流動，下部金屬受擠壓沿兩側(cè)分別向上運(yùn)動;二是回撤側(cè)金屬在攪拌針帶動下，沿順時針流向前進(jìn)側(cè)，終止于冠狀區(qū);三是前進(jìn)側(cè)金屬在攪拌針的帶動及“抽吸-擠壓”作用影響下，沿逆時針流向回撤側(cè)，流動至接頭厚度1/2高度處終止。
　　對ZG61母材、AZ91D母材、ZG6

6、1/AZ91D接頭進(jìn)行腐蝕試驗，ZG61腐蝕分為點(diǎn)蝕、絲狀腐蝕和應(yīng)力腐蝕三個階段，AZ91D腐蝕以點(diǎn)蝕和剝落腐蝕為主，三組試樣耐蝕性強(qiáng)弱分別為:AZ91D耐蝕性最優(yōu)，ZG61/AZ91D接頭次之，ZG61耐蝕性最差。隨焊接速度增大，接頭的耐腐蝕性能不斷降低。對不同焊接速度下ZG61/AZ91D接頭進(jìn)行拉伸試驗，均在AZ91D側(cè)熱影響區(qū)發(fā)生脆性與韌性混合的斷裂。隨焊接速度增大，抗拉強(qiáng)度不斷減小，當(dāng)焊接速度為80mm/min時，抗拉強(qiáng)度達(dá)到