热输入对AZ31镁合金FSP试样力学性能的影响

分别利用普通钢制垫板和自制的带有冷水通道的铜制垫板,对AZ31镁合金进行了搅拌摩擦加工。利用光学显微镜(OM)、SEM、显微硬度仪和拉伸设备,研究了被加工件厚度、搅拌头焊接速率和冷却条件对试样搅拌区力学性能的影响。研究表明:试样搅拌区从上层至中层和底层,再结晶晶粒尺寸依次减小。通过减小被加工件厚度、增大搅拌头焊接速率和加快冷却速率等方法,抑制了试样搅拌区晶粒长大。在搅拌头转速和焊接速率分别为800r/min和90mm/min的条件下,得到的搅拌区底部平均晶粒尺寸约为450nm,该区域显微硬度为96HV,与普通钢制垫板制备的试样相比,硬度提高了24HV,其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别提高为原材料的1.27倍、1.6倍和2.2倍。     

水下搅拌摩擦加工对AZ91镁合金组织和力学性能的影响

在空气中和水下对AZ91镁合金铸造板材进行搅拌摩擦加工,并对材料的微观组织和力学性能进行了分析测试。研究结果表明:由于水的强制冷却作用,水下搅拌摩擦加工板的搅拌区面积小于空气中加工板,两种板材搅拌区的微观组织均得到了显著细化,平均晶粒尺寸分别为1.9μm和3.5μm;热机影响区均形成了纤维状组织,且水下搅拌摩擦加工板的组织更为细小;空气中加工板的热影响区出现了组织粗化,而水下加工板的热影响区的晶粒尺寸与母材相当。两种加工工艺均使第二相β-Mg17Al12由原始铸态组织中连续网状变为颗粒状。由于水下加工板的组织更为细小,其硬度、抗拉强度和伸长率较空气中搅拌摩擦加工板高。     

转速对铝铜层状复合板搅拌摩擦焊接接头组织性能的影响

采用搅拌摩擦焊接(FSW)对铝铜层状复合板进行焊接,研究转速对焊接接头组织性能的影响。结果表明:FSW接头在焊缝区域内铝铜金属呈层状分布;随着搅拌头转速的增大,焊核区(NZ)中铝与铜晶粒尺寸增大;转速为1180 r/min时,铝层焊缝中心区域平均显微硬度为33.0 HV,超过母材显微硬度,抗拉强度为127.21 MPa;转速为750 r/min时,铜层焊缝中心区域平均显微硬度为99.7 HV,达到母材显微硬度的82.05%;孔洞缺陷是造成接头力学性能较低的主要原因。     

工艺参数对铝合金摩擦挤压增材组织及性能的影响

采用6061-T651铝合金圆棒进行摩擦挤压增材制造(friction extrusion additive manufacturing,FEAM)工艺实验研究,探讨和分析不同主轴转速对单道双层增材试样的增材成形、组织特征和力学性能的影响规律。结果表明:对给定横向移动速度300 mm/min,采用主轴转速为600 r/min和800 r/min均能获得完全致密无任何内部缺陷、厚度分别为2 mm和4 mm的单道双层增材试样,增材整体由细小等轴晶粒组成,增材层间实现冶金连接;800 r/min下工具轴肩的摩擦挤压作用降低,增材层间结合界面呈平直状,塑化金属流动不充分,沉积层宽度较窄、表面成形更粗糙;600 r/min下结合界面经历的塑性变形和热循环更为显著,晶粒细化至6.0μm,但增材界面区软化程度较严重,硬度仅为增材棒料母材的52.7%~56.2%,而800 r/min下界面区的硬度能够达到母材的56.0%~61.3%;在600 r/min和800 r/min下,增材试样均具有优良的综合力学性能,抗拉强度分别达到增材棒料母材6061-T651的66%和70%,而断后伸长率明显较高,分别为母材的212%和169%;与目前其他增材工艺力学性能比较均具有明显的优势。     

6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头缺陷及性能

对板厚3mm的6061-T4铝合金T型接头进行搅拌摩擦焊接研究并具体讨论了旋转速率(ω)及焊接速率(v)对焊接缺陷及力学性能的影响。结果表明:对给定的夹具形式和搅拌工具,当v不变时焊缝前进侧筋板圆角过渡处容易产生随ω/v增大而减小的隧道缺陷,后退侧圆角区易出现清晰的"Z"连接线;壁板出现两个随ω增大而扩大的软化区域,而壁板焊缝中心的硬度随ω增大而升高;T型接头筋板焊缝热力影响区同样被软化,其硬度较母材降低17.0%;局部组织软件是造成所有接头沿壁板方向加载抗拉强度下降的重要原因,其最高抗拉强度只达到母材的73.8%,隧道缺陷是引起ω=1008r/min筋板方向强度降低的主要原因,而ω=1541r/min和ω=2256r/min筋板方向强度降低主要归结于T型接头中热力影响区组织的软化,其中当ω/v=1541/218 r/mm时,沿T接筋板方向抗拉强度最高可达到母材的83.5%。     

铝锂合金搅拌摩擦焊搭接接头组织及力学性能

采用搅拌摩擦焊对2mm厚不同铝锂合金进行搭接,并对接头的组织和力学性能进行分析。同时研究了焊接工艺参数、热处理状态对接头性能的影响。研究表明:搭接接头焊核区呈"洋葱环"结构,由细小的等轴晶组织构成;前进侧搭接界面有"钩状"缺陷,对接头力学性能产生不良影响。搭接接头的塑性较差,伸长率仅有3.18%,不及母材伸长率的25%;当转速为800r/min、焊速为200mm/min时,接头的强塑性最佳,抗拉强度达到467MPa(母材的94%);热处理对搅拌摩擦焊焊接头力学性能影响显著,经过人工时效后,接头强度提高了13%～18%,抗拉强度最高达到526MPa,伸长率都有所下降。断口形貌分析表明:接头拉伸断裂是从前进侧的"钩状"缺陷起裂;接头拉伸断口为准解理和韧窝断裂的复合断口。     

AZ91镁合金搅拌摩擦加工后的组织与性能

采用400rpm-100mm/min,800rpm-100mm/min,800rpm-200mm/min三种工艺参数对铸态AZ91镁合金进行搅拌摩擦加工(FSP)处理,并对合金加工前后的显微组织和拉伸性能及微观断裂机制进行分析。结果表明,经800rpm-100mm/min工艺FSP处理后,合金的显微组织明显细化,延伸率和抗拉强度显著提高,综合拉伸性能最好,且拉伸断口主要表现为韧性断裂的特征。这主要是由于在FSP过程中合金发生动态再结晶,使合金晶粒显著细化及粗大β相的溶解和破碎所致。     

AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊接头的组织与力学性能

为了扩大搅拌摩擦搭接焊在镁合金异种材料的市场应用范围,采用搅拌摩擦搭接焊工艺对AZ31镁合金和LA141镁锂合金进行焊接。借助光学显微镜、维氏硬度计和万能试验机等仪器设备研究了搅拌摩擦搭接焊接头的显微组织,测试了接头的显微硬度和剪切拉伸。结果表明,当旋转速度为1800 r/min,焊接速度在80～120 mm/min之间时,AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊成形良好,无明显缺陷。在相同的焊接工艺参数条件下,上层AZ31和下层LA141前进侧热机影响区的晶粒尺寸均小于后退侧热机影响区的晶粒尺寸,而前进侧热影响区却与之相反,其晶粒尺寸均大于后退侧热影响区的晶粒尺寸。当焊接速度变大时,上层AZ31和下层LA141前进侧热机影响区的晶粒尺寸均随之变小。上层AZ31和下层LA141焊核区的显微硬度值变化趋势不同,前者先变大后变小,而后者却呈现变大的趋势。AZ31/LA141搭接接头拉剪力随着焊接速度的增加呈现先增加后减小的趋势。     

AA2024铝合金搅拌摩擦焊接头特性研究

对6 mm厚AA2024-T4铝合金搅拌摩擦焊接头特性进行了研究。通过拉伸试验,得到了应力-应变曲线。用光学显微镜、显微硬度仪以及扫描电镜对焊接接头进行了金相分析、硬度测试以及断口分析。结果表明：试件断裂属于韧性断裂;断裂发生在前进侧热机影响区/热影响区的过渡区;当搅拌头转速为800 r/min,焊接速度为100 mm...     

7A60铝合金搅拌摩擦焊工艺及性能分析

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为6mm的7A60超高强铝合金进行了焊接试验,分别测试了搅拌头形状、工艺参数搅拌摩擦焊接头对抗拉强度的影响.结果表明:搅拌头的形状对焊缝接头强度有一定的影响;在旋转速为300r/min,且焊接速度为200mm/min时,可以获得较好的焊接性能,抗拉强度可以达到488.69MPa,为母材的75％;接头显微硬度最低值出现在焊接热影响区而不在焊核区,主要是焊核区经过动态再结晶形成了细小的等轴晶粒所致;断口形貌分析显示,接头断裂模式为脆性和韧性的混合型断裂.     

A356-T6/6061-T6异种铝合金搅拌摩擦焊的工艺研究

通过对6 mm厚的A356-T6/6061-T6异种铝合金的搅拌摩擦焊工艺试验研究,采用OM、SEM、万能拉伸试验机、显微硬度仪等分析了母材位置、焊接速度对接头组织和性能的影响。研究结果表明:当旋转速度为1 000 r/min、焊接速度为100~400 mm/min时,均可获得内部无明显缺陷、外观良好的异种铝合金接头;A356-T6铝合金置于前进侧时有利于材料的迁移,焊缝区组织由典型的焊核区、热机械影响区和热影响区特征组织组成,焊核区域晶粒由表层向底层逐渐细化;接头拉伸性能随焊接速度的增加而增大;焊接速度较低时,A356合金位于前进侧有利于获得强度更高的接头,而焊接速度较高时,6061位于前进侧有利于获得高性能接头,且接头的屈服强度和延伸率均较A356位于前进侧时高;无论A356还是6061置于前进侧,接头的断裂位置均位于A356侧热影响区,与母材放置位置无关,这与焊缝硬度最小值区位置相吻合。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能

文摘对航空用5 mm厚的7075铝合金搅拌摩擦焊试样热处理前后的焊缝微观组织及性能进行了研究。结果表明:当搅拌头旋转速度400 r/m in、焊接速度40 mm/m in时,接头拉伸强度达到353 MPa,是母材强度的78.5%;焊核区为等轴晶;经热处理后接头拉伸强度值达到母材强度的83.0%;硬度的最低处在前进侧热机影响区;断口的微观形貌表现为具有强化相的韧窝特征,且断裂几乎发生在前进侧的热机影响区。由此认为,7075铝合金搅拌摩擦焊接头的薄弱点在热机影响区。     

Effects of traverse speed on weld formation,microstructure and mechanical properties of ZK60 Mg alloy joint by bobbin tool friction stir welding

ZK60B (Mg-6% Zn-0.6% Zr) alloy joints fabricated by bobbin tool friction stir welding (BTFSW) with various traverse speeds were investigated. The sound joint fabricated by the BTFSW was possible under the appropriate welding parameters. The severe plastic deformation during BTFSW resulted in dispersion and segregation of the Zr-rich particles within the stirred zone (SZ) followed by evolution of a bimodal grain structure with distributed bands of 0.8–1.7 μm ultrafine grains and 4.1–7.1 μm equiaxed grains. Micro-hardness of SZ is substantially reduced in contrast to that of parent metal (PM) in spite of the finer grain size owing to dissolution of Mg-Zn based precipitates having hardening effects on alpha-Mg matrix. With the decrease in traverse speed, randomization degree of the plasticized metal flow increases, which is evidenced by the randomized arc line pattern at the low traverse speed. Among all defect-free joints, the 200 mm/min joint exhibits the weakest isotropy of texture within SZ and the best tensile properties, which has reduced ultimate tensile strength and yield strength by 5.4% and by 22.2%, respectively, as compared to the PM. The randomized texture hinders the joint fracturing within SZ at low elongation. Therefore, a relatively high elongation of 10.8% was achieved, which corresponded to 72% of the PM value.     

搅拌摩擦加工对稀土镁合金组织与性能的影响

制定三种参数对Mg-Nd-Zn-Zr稀土镁合金进行搅拌摩擦加工处理(FSP),通过金相实验观察了合金加工前后的显微组织,发现该工艺在很大程度上细化了合金晶粒;通过拉伸实验测量了合金加工前后的常温及170℃高温力学性能,结果发现合金的力学性能较加工前有明显的提高和改善,且有很好的高温性能。分析表明,合金性能的提高主要源于合金晶粒的细化及FSP加工过程中的沉淀强化作用,而合金晶粒的细化主要是因为在加工过程中合金发生动态再结晶所致,同时合金组织与性能的变化与加工参数也有关。     

2219铝合金变截面结构搅拌摩擦焊接工艺及组织特性

针对变截面结构产品,提出了一种变截面搭接结构搅拌摩擦焊接方法,通过加装辅助板将整条焊缝焊接方向上补偿为等厚度。焊接采用一次定位焊接+二次定位焊接+正式焊接的工艺方式,一次定位焊为预定位,二次定位焊保证辅助板与试片主体结构之间形成有效连接,正式焊保证形成完整的焊缝。焊缝表面成形良好,超声相控阵检测无超标缺陷。通过对力学性能的分析,变截面搭接结构处焊缝与非搭接处焊缝和常规对接焊缝的力学性能基本相同,平均抗拉强度均达到母材的70%以上,平均延伸率均在5.8%以上。变截面搭接焊缝焊核处晶粒形态为细小的等轴晶,靠近轴肩影响区部分的晶粒尺寸大于靠近焊缝根部的晶粒尺寸,受再结晶影响,焊缝两侧热机影响区处辅助板搭接界面消失。     

基于红外热成像的TC4钛合金光纤激光焊接接头拉伸力学性能研究

对光纤激光焊接2.5mm厚TC4对接接头的拉伸力学性能进行研究,其研究方法为在常规的拉伸试验中,附加同步的红外热像测量,实时记录拉伸全过程中试样在力作用下温度场的变化。常规测试结果表明:接头与母材的强度相当,延伸率只达到母材的59.53%。试样温度场测试结果表明:当接头和母材受到的轴向载荷低于屈服强度对应载荷时,接头在热影响区部位会产生较大的应力集中,但接头和母材均未产生明显的塑性变形;当载荷等于屈服强度对应载荷时,均在宏观屈服点之前发生了微观的塑性变形;当载荷等于抗拉强度对应载荷时,接头发生剧烈塑性变形区域的长度只达到母材的35%,且接头与母材发生剧烈塑性变形区域的长度随拉伸过程的进行逐渐增加。     

不同冷却介质下多道次搅拌摩擦加工对 AZ91镁合金组织和性能影响

对铸态 AZ91镁合金板进行了三种不同冷却条件下的多道次搅拌摩擦加工,即两次空气、一次空气和一次水下、两次水下的搅拌摩擦加工,并对其组织和力学性能进行了研究。研究结果表明：在多道次搅拌摩擦加工过程中,剧烈的塑性变形使搅拌区内呈网状的第二相β-Mg17 Al12显著破碎变成细小颗粒状,搅拌区的微观组织均得到了显著细化,三种不同冷却条件下样品的平均晶粒尺寸分别为5．8μm,1．4μm 和0．8～1μm;两次水下加工的组织更为细小,其显微硬度、抗拉强度和延伸率较其他两种冷却条件下多道次搅拌摩擦加工样品的高,分别为94．7 HV,355．5 MPa 和31．5％。     

铝合金搅拌摩擦加工原位反应生成物颗粒增强机制

在1100-H14铝合金基体表面开凹槽添加Ni粉进行搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP),利用Ni粉在搅拌过程中的碎化及其与基体的原位反应生成的高强、高硬的金属间化合物制备强化的表面复合层。结果表明,不同于添加陶瓷颗粒的FSP工艺,Ni颗粒能在搅拌过程中充分碎化,并与铝基体原位合成金属间化合物,原位自生的增强体颗粒与基体是以金属键合的方式结合在一起,因此与基体金属间具有良好的界面相容性和界面结构,能够很大程度上改善颗粒的强化效果。增强颗粒与基体结合界面的性质对复合层硬度的影响非常显著,为了提高复合层硬度,提出了通过原位反应获得颗粒/基体的高强界面的模型。