6082-T6铝合金搅拌摩擦焊过程中组织演变规律及其对焊接接头力学性能的影响

发布时间：2020-05-22 19:39

【摘要】：高速、安全、便捷、舒适是交通运输业所追求的目标,在追求此目标的同时,交通运输业同样面临着能源问题及环境污染问题。制造一个资源节约型、环境友好型的结构件显得尤为重要,而实现结构件的轻量化是解决能源问题及环境污染问题最有效的途径之一;用铝合金代替传统钢铁材料在结构件中的应用,将会减轻构件自重,而实现其轻量化;6082-T6铝合金具有优良的焊接性、耐腐蚀性及成型性等优点,目前已经成功的运用于高速列车及地铁车体的制造中。搅拌摩擦焊作为一种新型固相连接方法,被公认为是铝合金的最佳焊接方式。为此本文研究6082-T6铝合金搅拌摩擦焊过程中组织演变规律及其对焊接接头力学性能的影响,为6082-T6铝合金应用提供理论指导。(1)为了观察搅拌摩擦焊过程中动态组织演变规律,将“Stop-action”技术与背散射电子衍射表征技术相结合,研究了 6082-T6铝合金搅拌摩擦焊过程中晶粒大小、晶界特征、晶粒取向、织构类型及织构组分的演变过程。(2)搅拌摩擦焊焊接过程中,由于轴肩及搅拌针引入的剪切应力,使母材粗大晶粒发生热塑性变形,在焊接热循环的作用下,变形后的晶粒发生连续动态再结晶,焊核区产生(111)[110]剪切织构,同时,晶粒被细化。(3)焊核区后退侧因发生“几何动态再结晶”,而形成层片状结构,随着焊接过程的继续进行,长条状晶粒内位错也发生塞积与重组,在长条状晶粒内发生“连续动态再结晶”,最终晶粒在焊核区后退侧整体呈“项链”状排列。(4)基于搅拌针后方所形成的汤普森四面体及(110)[001]Goss取向与(114)[221]取向之间特定的晶体学关系,焊核区首先形成(110)[001]高斯织构和(114)[221]织构,聚集后的(011)[100]Goss取向晶粒及(114)[221]取向晶粒交替出现,进一步形成条带状结构。(5)(112)[111]Copper 织构、(110)[001]Goss 织构、(111)[110]剪切织构、(001)[100]立方织构及(001)[110]旋转立方织构沿焊接方向及横向上的Schmid因子不同,其中(112)[111]Copper织构沿焊接方向Schmid因子小,增强了焊接接头沿焊接方向的抗拉强度,而(111)[110]剪切织构对接头横向拉伸性能也起到了一定的增强作用。(6)焊接接头中因存在晶粒的择优取向而出现了各向异性,沿横向抗拉强度为275MPa,达到了母材强度的83.3%,断后延伸率为6%;沿焊接方向拉伸时,其抗拉强度为292MPa,达到了母材强度的88.5%,断后延伸率为9.8%。(7)FSW焊接接头横截面显微硬度曲线近似为“W”形,焊缝上层硬度高于下层,硬度最小值出现在前进侧热影响区;纵截面显微硬度在匙孔前后幅值变化较大。(8)焊接接头在受力过程中,塑性变形主要集中在焊核区,而前进侧热机影响区未发生明显塑性变形,在焊核区与热机影响区交界处产生应力集中,进一步萌生裂纹,并且裂纹沿此交界线扩展,最终导致焊接接头断裂,使得前进侧成为力学性能薄弱部位。
【图文】：

示意图,亚结构,变形组织,晶粒

的理论依据和试验依据。列铝合金特点变形机制简介立方(FCC)结构，其晶体点阵常数 a=0.40568nm[15]。铝合金中层形过程中发生孪生的可能性比较低，因此，，铝及铝合金的塑性晶界滑移。在变形过程中，晶粒的取向往往发生变化，有些晶粒成变形亚结构，常见的变形亚结构有以下四种[16]，图 1.1 为铝的亚结构示意图：以缠结或其他的形式存在于晶粒中；：随着位错密度的增大，位错互相堆积，形成三维的网络组织：在一个晶粒中启动了不同的滑移系，同一个晶粒内形成不同：在剪切应力下，晶粒内形成的一条带状变形层，并且可以穿过

示意图,织构,板材,现象

图 1.2 板材中的织构现象示意图[17]构的检测方法比较多，其中最廉价的方法为蚀坑法，它是利用金相显微镜投影或维持腐蚀露头来反映晶体的取向[19]，但其测量精度不高；目前测量主要有以下几种；第一种，X 射线衍射或中子衍射技术，其主要测量多晶观织构，其中 X 射线衍射方法测量织构的速度快，统计性高，但其测量精衍射技术的精度高，但设备比较昂贵，限制了其广泛使用[17]；第二种，高的背散射电子衍射(EBSD)技术，其主要用于检测多晶体材料中某一微区技术也能得到多晶体完整的取向信息，在进行取向分析的同时，更能将晶形貌相对应来分析，同时也能得出特殊晶粒及其周围的晶粒取向，比如采用析再结晶过程中晶粒的异常长大[20]；也能统计晶粒间的取向差分布状态，中可以得出晶界的性质，近年来得到了广泛的应用[21]；第三种，透射法准观织构[22]，但其受到试样测试时的厚度要求等因素的限制，目前没有得到1.2 织构表达方式弥勒(晶面)指数表示法一个由 x，y，z 组成的直角坐标系，如图 1.3a 中所示，再有一个立方晶体
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG453.9

【参考文献】