攪拌摩擦焊接5083-H321鋁合金板材的晶體取向演變.pdf

1、采用攪拌摩擦焊技術(FSW)焊接了5083-H321鋁合金板材，借助光學顯微鏡(OM)及微區(qū)連續(xù)拍攝與無縫拼接技術，系統(tǒng)并全面地分析了該合金FSW焊縫各區(qū)的晶粒形貌及材料流動軌跡特征;借助透射電子顯微鏡(TEM)分析了焊縫各區(qū)的亞晶、第二相及位錯等微結構特征并與母材的微結構進行了對比;通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)及電子背散射衍射技術(EBSD)和晶體取向分析技術(OIM)，進一步對比性地研究了FSW-5083鋁合金焊縫熱影響區(qū)(H

2、AZ)、熱力影響區(qū)(TMAZ)和焊核區(qū)(NZ)以及母材的晶粒形貌、晶界特性和晶體取向的變化規(guī)律;同時，基于FSW過程熱效應和材料流動行為及理論，探討了FSW對5083-H321鋁合金板材各類織構演變的影響機理。主要內容及結果如下:
　　1.探明了FSW-5083鋁合金板材焊縫各區(qū)晶粒形貌特點。軋制母材(BM)晶粒為帶狀晶，晶內存在大量位錯和亞結構;經過攪拌摩擦焊接，焊縫熱影響區(qū)部分晶粒發(fā)生長大，小角度晶界減少，但仍然存在帶狀組織;

3、熱力影響區(qū)晶粒形貌與母材相似，但晶粒的伸長方向與軋制方向成一定的夾角，小角度晶界含量較少;焊核區(qū)組織為等軸晶粒，其小角度晶界含量均比焊縫其它區(qū)域低。母材和焊縫各個區(qū)的平均晶粒尺寸d的變化規(guī)律為dHAZ＞dBM＞dTMAZ＞dNZ，小角度晶界含量V的變化規(guī)律則是VBM＞VTMAZ＞VHAZ＞VNZ。
　　2.研究了焊縫中部單一焊核區(qū)內微區(qū)組織的特點及其形成原因。整個焊核區(qū)雖然都呈現(xiàn)明顯的等軸晶粒形貌，但焊核中心及其兩側組織略有差異，

4、焊核前進側(NAS)、焊核中心(NMZ)和焊核后退側(NRS)的平均晶粒尺寸的大小關系為dNAS＞dNMZ＞ dNRS，小角度晶界密度V的大小關系則為VNMZ＞VNRS＞VNAS。金屬高溫變形所引起的動態(tài)再結晶是焊核區(qū)形成等軸晶粒的根本原因，而焊核區(qū)內金屬復雜的變形流動導致的溫度分布不均是引起其上述組織差異的重要原因。
　　3.探明了FSW-5083鋁合金板材焊縫各區(qū)晶粒取向性的特點。母材晶體的<110>和<111>方向分別趨于聚

5、集在樣品坐標系的[001]和[010]方向;經攪拌摩擦焊接后，焊縫熱影響區(qū)晶體的<110>和<111>方向聚集情況與母材的相似，但取向強度降低;熱力影響區(qū)<110>和<111>方向分別趨于聚集在[010]和[100]方向，取向強度較強;而焊核區(qū)沒有存在明顯的取向聚集現(xiàn)象。上述晶體取向的變化意味著經攪拌摩擦焊接后，熱影響區(qū)保留母材部分取向特征，而熱力影響區(qū)和焊核區(qū)的取向則發(fā)生了很大的改變。
　　4.探明了FSW-5083鋁合金板材焊

6、縫各區(qū)織構組織特征。母材主要織構為黃銅B織構{011}<211>和S織構{123}<634>，其面積百分含量分別為28.2％和13％;熱影響區(qū)的主要織構為{149}<511>和{236}<385>織構，其面積百分含量分別為11.6％和10.8％，而黃銅織構B{011}<211>的含量僅為6.2％;熱力影響區(qū)的主要織構為銅型C織構{112}<111>和{112}<132>織構，含量分別為16.4％和8.3％;焊核區(qū)中的面心立方金屬常見織構

7、的含量都在5.1％以下。
　　5.探明了FSW-5083鋁合金板材焊縫各區(qū)取向空間內α和β取向線的變化特點。母材α取向線上處于中間位置的B織構的取向密度最強，其余兩端組分的取向密度較低且變化較為平緩;熱影響區(qū)α取向線也呈現(xiàn)了與母材相似的變化趨勢，但密度更低且變化更為平緩;而熱力影響區(qū)和焊核區(qū)的α取向線上各織構組分的取向密度變化不大，密度低。母材β取向線上的織構取向密度隨著Φ2增加而增加，到B織構時達最高值;熱影響區(qū)的β取向線變化趨

8、勢與母材相似，但取向密度均比母材相同位置低;而熱力影響區(qū)β取向線的變化則與母材相反，銅型C織構的取向密度最高;焊核區(qū)β取向線上各織構組分的取向密度變化不大，密度低。上述α和β取向線的變化特點意味著熱影響區(qū)保留母材部分組織特征，而熱力影響區(qū)和焊核區(qū)的組織則發(fā)生了明顯改變。
　　6.基于FSW過程熱效應和材料流動行為及理論，探討了FSW對5083-H321鋁合金板材織構演變的影響機理。在攪拌摩擦焊接過程中，熱量分布不均是焊縫各區(qū)再結晶