7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学行为研究

发布时间：2017-05-12 11:03

  本文关键词：7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学行为研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：使用搅拌摩擦焊设备,采用搅拌头旋转速度500 r/min、焊接速度150mm/min对厚度为6 mm的7075铝合金平板进行对接试验,并对焊后接头进行组织观察及力学性能测试。研究结果表明:7075铝合金搅拌摩擦焊接头由焊核区(WNZ)、热机影响区(TMAZ)及热影响区(HAZ)组成;前进侧,焊核区与热机影响区分界线明显,而后退侧相对较为模糊;焊核区的晶粒为细小的等轴型晶粒,具有明显的“洋葱环”形貌,且随着与焊缝中心距离的增加,“洋葱环”的环间距逐渐减小;热机影响区受机械搅拌和热输入的双重作用组织发生了较大程度的变形;热影响区仅受热循环作用,组织比母材稍有粗化;焊接接头的显微硬度与抗拉强度远远小于母材,仅能达到母材的50%,不能达到使用要求,因而有必要对7075铝合金搅拌摩擦焊的焊接工艺进行研究。为得到高质量的搅拌摩擦焊接头,采用不同的搅拌头旋转速度和焊接速度对7075铝合金进行焊接,研究不同焊接工艺参数对7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能的影响。研究结果表明:随着搅拌针旋转速度增大及焊接速度减小,焊核区和热机影响区的晶粒变大,焊核区的宽度变小。不同工艺参数下的7075铝合金搅拌摩擦焊接头显微硬度分布都呈不对称的“W”形,后退侧的显微硬度略高于前进侧,并且热影响区发生不同程度的软化;随着旋转速度增大及焊接速度减小,接头的显微硬度升高,但波动范围较小。随着旋转速度和焊接速度的增大,接头的抗拉强度先减小后增大;焊接速度为120 mm/min,旋转速度为400 r/min时,接头抗拉强度最大,达到417 MPa,此工艺是厚度6 mm的7075铝合金搅拌摩擦焊的最佳工艺参数。设计双径试样,使用液压伺服试验机进行较高拉伸速度下的拉伸试验,并借助奥林巴斯显微镜和扫描电镜观察接头的变形及失效行为。研究结果表明:在拉伸过程中,接头出现双颈缩现象,颈缩首先在后退侧出现,随着加载的进行,前进侧也出现颈缩现象;微裂纹首先在接头中的前进侧和后退侧颈缩区内晶界处由微孔洞聚集产生,而微孔洞的产生是由于铝合金基体中强化相的脱离。随着应变的增加,微孔洞数量明显增加,当应变足够大时,微孔洞连接形成微裂纹。微裂纹沿着与加载方向成45°向焊核区进行扩展,导致接头断裂,断裂位置位于接头中的焊核区,断裂方式为剪切断裂混合着微孔聚集型断裂。针对搅拌摩擦焊接头中热影响区的软化问题,采用不同热处理工艺(固溶温度,时效时间)对7075铝合金搅拌摩擦焊接头进行焊后热处理,并对接头进行微观组织观察及显微硬度测试。研究结果表明:焊后热处理可显著改善搅拌摩擦焊接头中热影响区的软化问题;热处理后接头焊核区部分晶粒发生粗化现象;随着固溶温度的增高,焊核区晶粒粗化程度增大,粗晶区的范围也增大,热影响区晶粒变大;随着时效时间延长,焊核区及热影响区晶粒粗化程度变化不明显;热处理后接头显微硬度有很大程度的提高,对于文中所选温度而言,温度的变化对接头的显微硬度影响不大;随着时效时间延长,接头显微硬度先增大后减小;固溶温度为490℃、时效温度为120℃、时效时间为24 h时,接头的显微硬度最高,可达195 HV,是厚度为6 mm的7075铝合金搅拌摩擦焊最佳的焊后热处理工艺参数。
【关键词】：7075铝合金 搅拌摩擦焊 焊接工艺 失效行为 焊后热处理 微观组织 力学行为
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG453.9;TG407
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 搅拌摩擦焊技术概述11-14
• 1.2.1 搅拌摩擦焊焊接原理11
• 1.2.2 搅拌摩擦焊技术特点11-13
• 1.2.3 搅拌摩擦焊的发展及应用13-14
• 1.3 国内外研究现状14-18
• 1.3.1 铝合金搅拌摩擦焊的研究现状14-17
• 1.3.2 韧性材料变形损伤行为研究现状17-18
• 1.4 课题研究内容及意义18-20
• 1.4.1 课题研究内容18-19
• 1.4.2 课题研究意义19-20
• 第二章 实验内容及方法20-25
• 2.1 实验材料20-21
• 2.2 实验工艺及过程21-24
• 2.2.1 搅拌摩擦焊设备21
• 2.2.2 试样的切取制备21-22
• 2.2.3 接头组织观察及力学性能测试22-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能研究25-35
• 3.1 7075铝合金搅拌摩擦焊接头宏观形貌分析25-26
• 3.2 焊接接头组织观察及分析26-31
• 3.3 接头力学性能测试结果及分析31-33
• 3.3.1 接头显微硬度分析31-32
• 3.3.2 接头拉伸性能分析32-33
• 3.4 本章小结33-35
• 第四章 7075铝合金搅拌摩擦焊焊接工艺研究35-51
• 4.1 实验内容及过程35
• 4.2 搅拌摩擦焊热输入的表征35-36
• 4.3 不同工艺下7075铝合金搅拌摩擦焊接头宏观形貌分析36-37
• 4.4 不同焊接工艺参数下接头微观组织观察及结果分析37-45
• 4.4.1 旋转速度对接头微观组织的影响37-41
• 4.4.2 焊接速度对接头微观组织的影响41-45
• 4.5 不同焊接工艺参数下接头力学性能结果及分析45-50
• 4.5.1 接头显微硬度测试结果及分析45-48
• 4.5.2 接头拉伸性能结果及分析48-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 接头变形及失效行为研究51-59
• 5.1 双径试样设计51-52
• 5.2 实验方案设计52-53
• 5.3 双径试样拉伸结果及分析53-58
• 5.3.1 双径试样拉伸宏观形貌53-54
• 5.3.2 裂纹形貌观察结果及分析54-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第六章 焊后热处理对接头组织及力学性能的影响59-74
• 6.1 7075铝合金的热处理工艺59-61
• 6.1.1 固溶处理59-60
• 6.1.2 时效处理60-61
• 6.2 实验方案设计61-62
• 6.3 实验结果及分析62-72
• 6.3.1 焊后接头组织观察结果及分析62-63
• 6.3.2 不同热处理参数下接头组织观察结果及分析63-67
• 6.3.3 不同热处理参数下接头显微硬度结果及分析67-72
• 6.4 本章小结72-74
• 第七章 结论74-76
• 参考文献76-81
• 致谢81-82
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李桂华;熊飞;龙江启;;车身材料轻量化及其新技术的应用[J];材料开发与应用;2009年02期

2 康举;栾国红;李光;董春林;付瑞东;;焊接参数对7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及腐蚀行为的影响[J];腐蚀与防护;2011年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 朱耀;AA 7055铝合金在不同温度及应变率下力学性能的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

  本文关键词：7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学行为研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：359563