2219铝合金搅拌摩擦焊接板材塑性成形性能研究

发布时间：2017-10-27 02:25

  本文关键词：2219铝合金搅拌摩擦焊接板材塑性成形性能研究

  更多相关文章： 2219铝合金 搅拌摩擦焊接 变形量 热处理

【摘要】：近年来,铝合金作为一种轻质合金在汽车、航空航天等诸多领域应用越来越广泛,适应了轻量化的需求。与此同时,大型复杂型面构件的制造对现有成形方法提出了更高的要求。2219铝合金是一种轻质高强合金,由于其具有良好的低温力学性能、断裂韧性、焊接性能以及抗应力腐蚀性能,在航空航天领域中主要用于制造大型运载火箭燃料贮箱。但2219铝合金的室温塑性差,普通拉深成形存在成形极限低、容易起皱等问题。因此在成形形状复杂、大尺寸的构件时往往采用分块成形后通过搅拌摩擦焊接(FSW)成形的方法。虽然基本保证了构件的整体强度,但焊缝区组织不均一以及焊接缺陷的存在大大降低了构件的使用可靠性。为了解决该难题,本文提出采用焊接板材、通过形变热处理调整焊缝组织性能,再一体成形的方法。以2219铝合金为研究对象,着重研究了焊接参数、热处理参数、变形量对焊接接头组织和性能的影响规律,为采用2219铝合金拼焊板成形大型复杂曲面构件提供理论支持。通过力学性能测试,研究了不同焊接参数、热处理温度对FSW焊接接头性能的影响。合理的低焊速焊接工艺参数范围内焊态接头的力学性能相近,总体延伸率达到20%并略低于母材,热处理后屈服强度略有降低;随着热处理温度的升高,接头屈服强度及抗拉强度变化不大,而延伸率在350℃后发生了明显的下降,断裂区也由母材转移到了焊缝区,焊缝区的变形量逐渐增大。通过采用单向拉伸、多道次轧制变形引入不同的变形量,研究了变形后热处理对焊接接头力学性能和组织的影响。发现试样经拉伸变形及350℃热处理后,接头的力学性能没有显著降低,组织与焊态接近。随着引入大的轧制变形及350℃热处理后,其焊缝区晶粒尺寸变大、母材晶粒得到细化,整体组织变得均匀,其抗拉强度较母材有所增加,延伸率与母材接近。通过有限元模拟软件对FSW拼焊板胀形和拉深进行了模拟研究。发现随着热处理温度的增加,板材的极限胀形高度略有增加。试验研究了一道次胀形和中间热处理(350℃)的二道次胀形过程,发现通过二道次次胀形高度提高12%。开展了半球形件充液拉深件数值模拟,发现焊缝的存在对壁厚减薄影响不大。在12MPa液室压力,6000k N压边力下可以得到了无缺陷的大尺寸半球形拉深件。
【关键词】：2219铝合金 搅拌摩擦焊接 变形量 热处理
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 拼焊板及搅拌摩擦焊接工艺9-11
• 1.3 国内外研究现状11-20
• 1.3.1 搅拌摩擦焊接工艺参数对铝合金接头性能的影响11-13
• 1.3.2 热处理对铝合金搅拌摩擦焊接接头性能的影响13-17
• 1.3.3 搅拌摩擦焊接板材成形研究17-20
• 1.4 课题研究的意义20
• 1.5 课题主要研究内容20-22
• 第2章 实验研究方案与方法22-30
• 2.0 引言22
• 2.1 实验材料22
• 2.2 实验流程22-23
• 2.3 搅拌摩擦焊接工艺研究方案23-24
• 2.4 热处理研究方案24-25
• 2.5 形变热处理的研究方案25
• 2.6 分析测试方法25-29
• 2.6.1 网格应变分析25-26
• 2.6.2 拉伸性能测试26-27
• 2.6.3 显微硬度测试27-28
• 2.6.4 液压胀形试验28
• 2.6.5 微观组织分析28-29
• 2.7 本章小结29-30
• 第3章 FSW焊接接头力学性能研究30-56
• 3.0 引言30
• 3.1 FSW板材焊接接头30-32
• 3.1.1 FSW板材接头焊缝外观形貌30-31
• 3.1.2 FSW板材接头微观组织31-32
• 3.2 FSW板材焊接接头力学性能32-35
• 3.2.1 FSW板材焊接接头力学性能32-34
• 3.2.2 FSW板材焊接接头显微硬度分布34-35
• 3.3 FSW焊后退火热处理对接头性能的影响35-43
• 3.3.1 热处理对FSW焊接接头拉伸性能的影响35-37
• 3.3.2 退火热处理对FSW焊接接头硬度分布的影响37
• 3.3.3 退火热处理对FSW焊接接头断口形貌的影响37-38
• 3.3.4 退火热处理对FSW焊接接头组织的影响38-42
• 3.3.5 退火热处理对FSW焊接接头变形行为的影响42-43
• 3.4 FSW焊后形变热处理对接头性能的影响43-55
• 3.4.1 单向拉伸变形力学性能测试结果43-48
• 3.4.2 单向拉伸变形组织分析48-49
• 3.4.3 单向拉伸变形应变分析49-50
• 3.4.4 压缩变形力学性能测试结果50-53
• 3.4.5 压缩变形组织分析53-54
• 3.4.6 压缩变形应变分析54-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第4章 曲面件液压成形数值模拟与实验56-70
• 4.1 引言56
• 4.2 胀形模拟与试验56-64
• 4.2.1 胀形试验模拟模型及方案56-58
• 4.2.2 胀形试验模拟结果58-62
• 4.2.3 胀形试验结果62-64
• 4.3 拉深试验模拟64-68
• 4.3.1 普通拉深模拟结果64-66
• 4.3.2 充液拉深模拟结果66-68
• 4.4 本章小结68-70
• 结论70-72
• 参考文献72-77
• 致谢77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 贺永海;张立武;胡春炜;;2219铝合金搅拌摩擦焊工艺及接头性能[J];机械工程材料;2008年02期

2 陈迎春;刘会杰;冯吉才;;2219-O铝合金的搅拌摩擦焊接[J];焊接学报;2006年01期

3 王春炎;曲文卿;姚君山;赵海云;;2219-T87铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能[J];焊接学报;2010年10期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 白景彬;杜岩峰;田志杰;张彦华;;2219铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能的不均匀性[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年

，

本文编号：1101546