AZ31和ME21镁合金的TIG焊和搅拌摩擦焊接头组织及性能对比

发布时间：2020-06-17 13:12

【摘要】：镁合金作为目前世界上最轻质的商用金属结构材料,在3C产品、国防军工、航空航天以及汽车轮船等领域都有广阔的应用前景,在工业生产制造中也常常涉及到镁合金的焊接技术。本文研究了不同工艺参数对AZ31镁合金和ME21镁合金同种材料TIG焊与搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响,并且探究了焊后热处理对AZ31镁合金和ME21镁合金焊接接头组织及性能的影响,通过显微组织观察、扫描电镜及能谱分析、显微硬度分析、室温拉伸试验、XRD分析等分析方法,得到以下结论:(1)在70A、80A、90A、100A和110A五种电流下对3mmAZ31镁合金进行对接TIG焊,实验结果表明:焊缝区组织为细小的等轴状α-Mg基体相和沿晶界析出的细小Mg_(17)Al_(12)相,热影响区组织粗大且不均匀。抗拉强度随着电流的增加先增大后减少,焊缝组织晶粒尺寸随着电流的增大而增大。当焊接电流为90A时,最大抗拉强度为190MPa,焊缝成形良好,焊接接头系数为73%。断口呈脆性和韧性混合性断裂,接头显微硬度呈“W”形分布,焊缝熔合区硬度分布不均。AZ31镁合金TIG焊接头经过400℃×1h的热处理,焊接接头抗拉强度达到230MPa,焊接接头系数为89.2%,接头显微硬度仍呈“W”型分布,熔合区硬度更加均匀,起伏平缓。断口以韧性断裂为主。经过热处理,AZ31镁合金TIG焊接头组织及性能有所提高。(2)在搅拌头旋转速度为1200r/min,焊接速度分别60mm/min、80mm/min和100mm/min,对3mm厚AZ31镁合金进行对接搅拌摩擦焊,实验结果表明:焊接速度为80mm/min、下压量为0.25mm、倾角为2.5°时,焊接接头系数最大达到81%,最大抗拉强度达到186MPa,最大屈服强度达到122MPa,焊接接头的伸长率为3.2%。经过250℃×1h的热处理后,焊接接头的最大抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为197MPa、126MPa和3.5%,同比增加了5%、4%和0.3%,焊接接头系数达到86%。热处理后焊缝区显微硬度均有下降,但对于焊核区硬度值比热处理前更加均匀。对比热处理前后XRD及EDS能谱分析,热处理后并未有新相生成。(3)在电流为105A、115A、125A和135A四种电流下,3mm厚ME21镁合金挤压板材进行对接TIG焊,实验结果表明:焊接接头力学性能随电流的增加先增大后减小,当电流为115A时,焊缝表面质量好,无明显缺陷,焊缝成型较好,最大抗拉强度达到166MPa,最大屈服强度为107MPa。此时焊接接头系数达到75.5%,最大屈服强度为母材的76.4%。经过470℃×4h热处理后,最大抗拉强度由166MPa增加至184MPa,增加了11%,焊接接头系数为84%,比热处理前提高了10%;屈服强度由原来的107MPa增至115MPa,增加了7%,达到母材屈服强度的82%。热影响区的晶界比热处理前更加清晰,晶界间的化合物有所消除,熔合区硬度值均匀性更好。(4)在搅拌头旋转速度为1500r/min,焊接速度分别10mm/min、20mm/min和30mm/min和40mm/min四种不同的焊接速度下进行3mm厚ME21镁合金搅拌摩擦焊,实验结果表明:当转速为1500r/min,焊接速度为10mm/min时,此时ME21镁合金搅拌摩擦焊接头的最大抗拉强度为152MPa,焊接接头系数为69%;最大屈服强度为106MPa,为母材屈服强度的75%。经过470℃×4h热处理后,焊缝组织中有少量Mn颗粒析出,力学性能有所下降,这可能是热处理温度及时间选择不合理造成焊核区晶粒尺寸异常增大,使得焊接接头热影响区和热机械影响区晶粒粗化导致力学性能下降。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG407

【参考文献】