7050铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

论文摘要

对5mm厚7050-T7451铝合金进行了搅拌摩擦焊接试验,利用光学金相对焊接缺陷进行了分析,并通过“标示法”和搅拌针“冻结”试验对接头塑性流动进行了分析,采用热电偶对焊接热循环进行了测量,通过拉伸试验以及硬度试验对接头力学性能进行了评定,借助光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）以及透射电子显微镜（TEM）对接头显微组织的变化进行了观察,并对断裂过程进行了分析。结果表明,焊接参数不当,焊缝会出现飞边、表面沟槽、孔洞以及未焊合缺陷。飞边缺陷由表面过度软化引起,沟槽和孔洞缺陷则是热输入不足材料随搅拌头的流动不充分产生,而未焊合缺陷是由于焊缝底部热量不足,材料未能发生完全再结晶造成。沟槽、孔洞和未焊合都会降低接头力学性能。材料流动分三个区域:焊缝上部的平面流动,焊缝中部的三维流动和焊缝下部的纯挤压。焊核区温度最高,在400℃以上,焊接速度改变,热积累距离改变,从而改变焊缝峰值温度,距焊缝中心相同距离处,后退侧温度高于前进侧约20℃。接头抗拉强度随焊具旋转速度的提高或焊接速度的降低先增后减。在转速为800r/min,焊速200mm/min时接头抗拉强度最高达到450MPa,为母材的88%。去除未焊合缺陷后,接头抗拉强度随焊接热输入增大而降低。有缺陷存在时缺陷处为接头的薄弱区域,断裂一般位于缺陷处,无缺陷存在时,后退侧热影响区为接头的薄弱环节,断裂在该部位发生。焊核区发生了动态再结晶,由细小的等轴晶组成,包含较高的位错密度,沉淀相溶解。热机影响区晶粒弯曲变形,并发生了动态回复与部分再结晶,位错密度也较高,沉淀相部分溶解。热影响区没有发生明显的长大,位错密度较低,沉淀相发生粗化,晶间无沉淀带随热输入增大而加宽。焊核区的主要强化方式为细晶强化与位错强化,热机影响区中细晶强化、位错强化以及沉淀强化都起一定强化作用,而在热影响区则主要为沉淀强化,沉淀相的粗化以及晶间无沉淀带的变宽是热影响区软化的主要原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 铝合金搅拌摩擦焊研究现状
• 1.2.1 搅拌摩擦焊原理及应用
• 1.2.2 焊缝缺陷研究
• 1.2.3 焊接热循环研究
• 1.2.4 金属塑性流动研究
• 1.2.5 焊缝微观组织研究
• 1.2.6 接头力学性能研究
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 试验材料、设备及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 2.3 试验过程及焊接工艺参数
• 2.4 接头分析测试方法
• 2.4.1 接头性能测试方法
• 2.4.2 接头显微组织分析方法
• 第3章 7050 铝合金FSW焊缝成形及塑性流动分析
• 3.1 焊缝表面成形
• 3.2 焊缝缺陷及其形成原因
• 3.2.1 飞边
• 3.2.2 表面沟槽
• 3.2.3 孔洞
• 3.2.4 未焊合
• 3.3 材料塑性流动过程
• 3.3.1 金相组织法
• 3.3.2 Cu标示法和搅拌针“冻结”试验
• 3.3.3 材料塑性流动模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 7050 铝合金FSW焊接热循环及接头力学性能
• 4.1 焊接热循环
• 4.1.1 测量方法
• 4.1.2 焊接参数对焊接热循环的影响
• 4.2 接头力学性能
• 4.2.1 抗拉强度与延伸率
• 4.2.2 焊缝横截面硬度分布
• 4.2.3 拉伸断裂分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 7050 铝合金FSW接头显微组织
• 5.1 焊缝截面形貌
• 5.2 接头不同区域晶粒形态
• 5.2.1 焊核区
• 5.2.2 热机影响区
• 5.2.3 热影响区
• 5.3 亚晶及位错结构
• 5.4 沉淀相
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附录