铝合金搅拌摩擦裂纹修复工艺与机理研究

发布时间：2017-08-02 16:17

  本文关键词：铝合金搅拌摩擦裂纹修复工艺与机理研究

  更多相关文章： 搅拌摩擦 裂纹修复 愈合机理 物理模型 再结晶

【摘要】：由裂纹引起的机械零部件及金属结构件的断裂,是工程中最危险、最常见的失效模式。与现有方法相比,搅拌摩擦裂纹修复具有独特的优势,但裂纹愈合机理尚不明确。本文针对2A12铝合金表面裂纹实施搅拌摩擦修复,通过试验观测和理论分析相结合的方法得出了搅拌摩擦裂纹修复裂纹的工艺区间,建立了搅拌摩擦裂纹修复的物理模型并分析了修复机理。首先,通过修复工艺试验确立合理的工艺区间。对修复后试件按国标制成拉伸、疲劳试样进行力学性能测试；利用OM(光学显微镜)、SEM(扫面电镜)和显微硬度计对修复区进行组织形态、断口分析和硬度测试,观测各区晶粒形态及尺寸,测得修复区表面及横截面不同位置的硬度分布。结果表明：试样在v=70-110mm/min、ω=700-1100rpm较宽的修复工艺区间下都能获得良好的力学性能。表面和截面的微观硬度分布基本曲线呈现“W”形,修复过程中上部获得更高的循环热使析出相固溶强化,且塑性变形过程中析出相附近位错密度骤减,易形成大角度晶而提高力学性能,所以修复核心区中心上部硬度高于下部。其次,通过TEM(透射电镜)和EBSD(电子衍射背散射技术),对修复区析出相分布、位错变化和修复区组织演化规律进行分析。结果表明：HCZ发生动态再结晶,晶粒尺寸细小,部分达到纳米级,晶粒周围弥散分布细小的强化相,内部存在一定的位错线,一定程度的提高了修复区强度；母材和热影响区的晶粒尺寸比较大,在晶粒内部和晶界都有大量的棒状和椭球形颗粒析出相。影响区中的细小强化相发生了丛聚,且含有高密度的位错和空位等缺陷,大大降低了修复区强度,成为修复区最薄弱的区域。最后,通过微观组织演化规律、动态再结晶和金属材料塑性流动的仿真分析建立了搅拌摩擦裂纹修复的物理模型,初步提出了搅拌摩擦裂纹修复的物理机制与机理,即通过搅拌头顶锻和摩擦作用使待修复区塑性材料流向裂纹中心。由于机械搅拌的作用使待修复材料经历破碎、变形、长大、再结晶的循环过程,使得原裂纹表面的金属原子达到了相互作用的范围内,金属键得到了修复,从而实现了对裂纹的填补修复,驱动力为热循环作用下的机械搅拌。
【关键词】：搅拌摩擦 裂纹修复 愈合机理 物理模型 再结晶
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH17;TG146.21
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外裂纹修复研究现状13-16
• 1.2.1 非金属裂纹修复研究现状13-14
• 1.2.2 金属裂纹修复研究现状14-16
• 1.3 裂纹修复机理研究现状16-20
• 1.3.1 非金属裂纹修复机理研究16-17
• 1.3.2 金属裂纹修复机理研究17-18
• 1.3.3 金属材料裂纹的修复方式18-20
• 1.4 FSW简介20-22
• 1.4.1 FSW技术原理20
• 1.4.2 FSW技术优缺点20-21
• 1.4.3 FSW技术应用21-22
• 1.5 本科题的研究内容22-24
• 1.5.1 研究内容22-23
• 1.5.2 技术路线图23-24
• 第2章 实验材料与方法24-33
• 2.1 实验材料24
• 2.2 实验流程24-25
• 2.3 实验方法25-32
• 2.3.1 试样的制备25
• 2.3.2 搅拌摩擦修复试验25-26
• 2.3.3 形态学观测26-31
• 2.3.4 力学性能测试31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 铝合金修复裂纹工艺实验结果及分析33-64
• 3.1 裂纹修复工艺研究33-37
• 3.1.1 修复工艺试验33-37
• 3.2 微观组织分析37-38
• 3.3 硬度分析38-42
• 3.3.1 修复区硬度分布特征38-40
• 3.3.2 母材区硬度分析40
• 3.3.3 影响区硬度分析40-41
• 3.3.4 修复核心区硬度分析41-42
• 3.4 温度场分析42-51
• 3.4.1 温度场测量与分析43-45
• 3.4.2 温度场模拟分析45-51
• 3.5 流场分析51-58
• 3.5.1 流场观测与分析51-53
• 3.5.2 流场模拟分析53-58
• 3.6 修复性能分析58-62
• 3.6.1 工艺参数对强度影响58-60
• 3.6.2 力学性能60
• 3.6.3 拉伸断口60-62
• 3.7 本章小结62-64
• 第4章 铝合金裂纹修复物理机制和机理分析64-78
• 4.1 搅拌摩擦修复物理模型的建立64-67
• 4.1.1 修复区微观组织演变64-66
• 4.1.2 热塑性材料对裂纹的填补修复66
• 4.1.3 搅拌摩擦裂纹修复的物理模型66-67
• 4.2 搅拌摩擦修复物理机理分析67-76
• 4.2.1 动态再结晶过程分析67-68
• 4.2.2 金属塑性流动分析68-69
• 4.2.3 修复区析出相分析69-71
• 4.2.4 修复区位错分析71-72
• 4.2.5 选区瞬态EBSD分析72-76
• 4.3 本章小结76-78
• 结论78-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文87-88

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本文编号：610137