局部軋制及熱處理對(duì)AZ系鎂合金焊接組織與性能的影響研究.pdf

1、鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比強(qiáng)度高，減震性、電磁屏蔽性強(qiáng)，易切削加工、易回收等優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)、電子、航空航天和國(guó)防軍工領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。然而，鎂合金的熔沸點(diǎn)、燃點(diǎn)都比較低，化學(xué)性質(zhì)活潑，焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)氣孔、粗晶等問(wèn)題，特別是焊接組織與母材組織之間的顯著差異，導(dǎo)致鎂合金焊接接頭的力學(xué)性能普遍較差，與母材相差甚遠(yuǎn)，嚴(yán)重限制了鎂合金的發(fā)展與應(yīng)用。本文針對(duì)此問(wèn)題，分別以雙面TIG焊的AZ31鎂合金和AZ80鎂合金為研究對(duì)象，對(duì)其

2、進(jìn)行焊后加工，主要包括余高軋制和熱處理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)合模擬的方式，分析了焊縫余高軋制工藝的變形特點(diǎn)，研究了不可熱處理強(qiáng)化的AZ31鎂合金和可熱處理強(qiáng)化的AZ80鎂合金，在焊后處理過(guò)程中的顯微組織、焊接氣孔以力學(xué)性能演化特點(diǎn)，以及強(qiáng)化機(jī)理。主要研究結(jié)論如下：
　　①模擬結(jié)果顯示，余高軋制過(guò)程中，焊接板材上的應(yīng)變分布并不均勻，分為咬入?yún)^(qū)、穩(wěn)定變形區(qū)和板材離輥區(qū)，應(yīng)變分布與軋制壓下量緊密相關(guān)。余高軋制不僅使焊縫區(qū)發(fā)生變形，還會(huì)使焊縫周邊區(qū)

3、域發(fā)生間接變形，對(duì)變形區(qū)實(shí)現(xiàn)形變強(qiáng)化，熱變形時(shí)還會(huì)激發(fā)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，細(xì)化組織。
　　② AZ31鎂合金焊接接頭的抗拉強(qiáng)度和延伸率，都隨著余高軋制壓下量的增加而顯著升高。當(dāng)壓下量達(dá)到一定值時(shí)，拉伸斷裂位置由焊縫轉(zhuǎn)移至母材，此時(shí)焊接接頭的拉伸性能幾乎與母材相同。焊接區(qū)的局部形變強(qiáng)化是AZ31鎂合金余高軋制過(guò)程中的最主要強(qiáng)化機(jī)制，室溫軋制即可大幅提升AZ31焊接接頭的力學(xué)性能，但是軋制壓下量超過(guò)20％后焊縫區(qū)容易開(kāi)裂。變形溫度升高，可顯著

4、提升焊接接頭的塑性，降低焊縫軋制開(kāi)裂傾向，但同時(shí)會(huì)削弱形變強(qiáng)化效果，需要更大的變形量才能使焊縫區(qū)的強(qiáng)度高于母材，從而使斷裂位置轉(zhuǎn)移。
　?、?AZ80鎂合金經(jīng)過(guò)TIG焊后，焊縫區(qū)產(chǎn)生大量Mg17Al12相，會(huì)在后續(xù)的余高軋制過(guò)程中增強(qiáng)形變硬化效果，影響再結(jié)晶行為，而熱影響區(qū)的第二相溶解，失去了Mg17Al12相對(duì)晶界的釘扎作用，晶粒在后續(xù)固溶處理過(guò)程中很容易發(fā)生異常長(zhǎng)大，導(dǎo)致該區(qū)域強(qiáng)度降低。合理的復(fù)合處理工藝，可在提高焊縫區(qū)強(qiáng)度的

5、同時(shí)有效緩解熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大，充分改善鎂合金焊接接頭的組織性能。
　　④鋁含量較高的AZ80鎂合金在焊接過(guò)程中更容易產(chǎn)生氣孔，余高軋制工藝可有效消除焊縫中的氣孔。隨著軋制壓下量的增加，氣孔逐漸閉合。軋制溫度偏低時(shí)，可能會(huì)在氣孔周?chē)a(chǎn)生裂紋，不利于焊接接頭的力學(xué)性能，軋制溫度升高可提高鎂合金塑性，避免裂紋的出現(xiàn)。
　　⑤ AZ80鎂合金的變形抗力較大，在低于300℃進(jìn)行余高軋制時(shí)焊縫很容易開(kāi)裂，軋制過(guò)程難以進(jìn)行。在合理的軋制溫

6、度范圍內(nèi)，AZ80焊接接頭的綜合力學(xué)性能隨著軋制壓下量的增加而顯著升高，主要強(qiáng)化機(jī)制為形變強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化以及焊縫中氣孔的閉合，幾種強(qiáng)化機(jī)制在350℃左右得到最好的配合。
　　⑥ AZ80焊接接頭在余高軋制后進(jìn)行時(shí)效的過(guò)程中，Mg17Al12相在孿晶界、孿晶內(nèi)外、變形區(qū)和未變形區(qū)的析出形貌、尺寸與分布都存在差異。采用余高軋制與熱處理相結(jié)合的焊后復(fù)合處理，可以控制各個(gè)區(qū)域的顯微組織，從而影響焊接接頭的力學(xué)性能。存在焊接氣孔的AZ80焊