攪拌摩擦焊接鎂及銅合金的微觀組織和力學(xué)性能.pdf

1、采用攪拌摩擦焊接工藝對(duì)6mm厚的擠壓態(tài)ZK60鎂合金進(jìn)行了焊接。在廣泛的焊接參數(shù)(600-1200rpm的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和50-200mm/min的焊接速度)下，均得到了高質(zhì)量的焊接接頭。在焊接工具的攪拌和摩擦熱的聯(lián)合作用下，在焊核區(qū)形成了細(xì)小、均勻的再結(jié)晶晶粒，同時(shí)ZK60鎂合金中的大部分MgZn2粒子被破碎并大部分固溶進(jìn)鎂基體中。對(duì)于ZK60鎂合金，MgZn2粒子的彌散強(qiáng)化作用高于晶粒細(xì)化作用，同時(shí)在焊核區(qū)存在弱的基面織構(gòu)，因此焊核區(qū)的硬

2、度低于母材硬度，拉伸時(shí)接頭在焊核區(qū)發(fā)生斷裂。在低熱輸入?yún)?shù)(≤800rpm)下，隨焊接參數(shù)的變化，焊核區(qū)晶粒尺寸、焊接接頭的抗拉和屈服強(qiáng)度及延伸率變化較小。在高熱輸入?yún)?shù)(1200rpm)下，焊核區(qū)晶粒明顯變大，接頭的抗拉和屈服強(qiáng)度略有下降。對(duì)焊接接頭進(jìn)行人工時(shí)效后，大量細(xì)小的MgZn2粒子的彌散析出使得焊核區(qū)的硬度高于母材硬度，最低硬度出現(xiàn)在熱影響區(qū)。不同熱輸入條件下得到的時(shí)效處理的焊接接頭的強(qiáng)度和延伸率都有明顯提高，而且焊接接頭均在

3、熱影響區(qū)發(fā)生斷裂。
　　采用攪拌摩擦方法分別對(duì)6mm厚的鍛造態(tài)和軋制態(tài)的ZK60-0.6Y和ZK60-1.1Y耐熱鎂合金進(jìn)行焊接和加工。在800rpm的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和100mm/min的焊接速度下，得到了致密無(wú)缺陷的接頭。在焊接工具的攪拌和摩擦熱的聯(lián)合作用下，ZK60-(0.6/1.1)Y合金中的粗大晶粒變成了細(xì)小等軸的再結(jié)晶晶粒，母材中的大塊三元共晶相被破碎并均勻、彌散地分布在基體中，MgZn相溶解到基體中，ZK60-0.6Y合金中

4、的部分I相轉(zhuǎn)變成W相。對(duì)焊接接頭進(jìn)行維氏硬度測(cè)量顯示ZK60-0.6Y焊核區(qū)的硬度高于母材硬度，最低硬度出現(xiàn)在熱影響區(qū)。接頭的橫向拉伸測(cè)試顯示接頭的強(qiáng)度和延伸率僅略低于母材，接頭的抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到母材的95％。此外，焊接接頭在熱影響區(qū)發(fā)生斷裂，這與最低硬度分布是相吻合的。由于ZK60-1.1Y的焊核區(qū)具有等軸細(xì)小的再結(jié)晶晶粒和高熱穩(wěn)定性的細(xì)小彌散強(qiáng)化相(W相)，因此其具有了能夠得到超塑性的先決條件。對(duì)其進(jìn)行超塑性測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在較高的應(yīng)變速

5、率3×10-3s-1和450oC下，得到了635%的超塑性。相對(duì)應(yīng)的母材則無(wú)超塑性。通過(guò)對(duì)該超塑性變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和變形樣品表面形貌觀察得出，該超塑性變形控制機(jī)制為晶界滑移機(jī)制。分析超塑性數(shù)據(jù)得出的激活能接近晶界擴(kuò)散能，其超塑性變形動(dòng)力學(xué)快于等通道擠壓鎂合金。
　　在較低的熱輸入?yún)?shù)(400-800rpm的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和50-200mm/min的焊接速度)下，采用攪拌摩擦焊接工藝對(duì)5mm厚的T3純銅板材進(jìn)行了焊接，均得到了高質(zhì)量的焊接

6、接頭。詳細(xì)地分析了不同條件下焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能之間的關(guān)系。隨著工具轉(zhuǎn)動(dòng)速度降低或焊接速度的增加，焊核區(qū)的晶粒尺寸明顯變小。在低熱輸入?yún)?shù)(400rpm-50mm/min和800rpm-200mm/min)下，發(fā)現(xiàn)了由不同尺寸的晶粒帶組成的“洋蔥環(huán)”，而在高熱輸入?yún)?shù)(600-800rpm和50-150mm/min)下，“洋蔥環(huán)”消失。焊核區(qū)的晶粒尺寸和對(duì)應(yīng)的維氏硬度和屈服強(qiáng)度分別符合Hall-Petch關(guān)系。焊核區(qū)中的高角度晶

7、界(晶界錯(cuò)配角>15°)比例隨著轉(zhuǎn)動(dòng)速度的提高而增加。不同轉(zhuǎn)動(dòng)速度焊核區(qū)中均發(fā)現(xiàn)了弱的織構(gòu)。不同參數(shù)下焊接接頭的抗拉強(qiáng)度均接近母材，而屈服強(qiáng)度和延伸率低于母材。隨著轉(zhuǎn)動(dòng)速度的提高或焊接速度的降低，接頭的屈服強(qiáng)度逐漸降低。所有參數(shù)下的焊接接頭均斷裂在熱影響區(qū)，這與接頭的最低硬度分布是相對(duì)應(yīng)的。
　　在不同的熱輸入?yún)?shù)(轉(zhuǎn)動(dòng)速度400-1000rpm，焊接速度固定為100mm/min)下，采用攪拌摩擦焊接工藝對(duì)5mm厚的H62黃銅進(jìn)行