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(shù)(FSW)焊接了5083-H321鋁合金板材，借助光學(xué)顯微鏡(OM)及微區(qū)連續(xù)拍攝與無縫拼接技術(shù)，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(dòng)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(cuò)等微結(jié)構(gòu)特征并與母材的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比;通過場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)及電子背散射衍射技術(shù)(EBSD)和晶體取向分析技術(shù)(OIM)，進(jìn)一步對(duì)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(shí)，基于FSW過程熱效應(yīng)和材料流動(dòng)行為及理論，探討了FSW對(duì)5083-H321鋁合金板材各類織構(gòu)演變的影響機(jī)理。主要內(nèi)容及結(jié)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(diǎn)。軋制母材(BM)晶粒為帶狀晶，晶內(nèi)存在大量位錯(cuò)和亞結(jié)構(gòu);經(jīng)過攪拌摩擦焊接，焊縫熱影響區(qū)部分晶粒發(fā)生長(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)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(nèi)微區(qū)組織的特點(diǎn)及其形成原因。整個(gè)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(cè)組織略有差異，

4、焊核前進(jìn)側(cè)(NAS)、焊核中心(NMZ)和焊核后退側(cè)(NRS)的平均晶粒尺寸的大小關(guān)系為dNAS＞dNMZ＞ dNRS，小角度晶界密度V的大小關(guān)系則為VNMZ＞VNRS＞VNAS。金屬高溫變形所引起的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是焊核區(qū)形成等軸晶粒的根本原因，而焊核區(qū)內(nèi)金屬?gòu)?fù)雜的變形流動(dòng)導(dǎo)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(diǎn)。母材晶體的<110>和<111>方向分別趨于聚

5、集在樣品坐標(biāo)系的[001]和[010]方向;經(jīng)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(qiáng)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(qiáng)度較強(qiáng);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(jīng)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(gòu)組織特征。母材主要織構(gòu)為黃銅B織構(gòu){011}<211>和S織構(gòu){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(gòu)為{149}<511>和{236}<385>織構(gòu)，其面積百分含量分別為11.6％和10.8％，而黃銅織構(gòu)B{011}<211>的含量?jī)H為6.2％;熱力影響區(qū)的主要織構(gòu)為銅型C織構(gòu){112}<111>和{112}<132>織構(gòu)，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(gòu)

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(nèi)α和β取向線的變化特點(diǎn)。母材α取向線上處于中間位置的B織構(gòu)的取向密度最強(qiáng)，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(shì)，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(gòu)組分的取向密度變化不大，密度低。母材β取向線上的織構(gòu)取向密度隨著Φ2增加而增加，到B織構(gòu)時(shí)達(dá)最高值;熱影響區(qū)的β取向線變化趨

8、勢(shì)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(gòu)的取向密度最高;焊核區(qū)β取向線上各織構(gòu)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(diǎn)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(yīng)和材料流動(dòng)行為及理論，探討了FSW對(duì)5083-H321鋁合金板材織構(gòu)演變的影響機(jī)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(jié)晶