挤压ZK60-Gd合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能.pdf

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1、第6卷第4期材料研究与应用Vo1．6，No．42012年12月MATERIALSRESEARCHANDAPPLICATIONDec．2012文章编号：1637—9981(2012)04—0240—06挤压ZK60．Gd合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能*周楠，戚文军，刘畅，宋东福广东省工业技术研究院金属加工与成型技术研究所，广东广州510650摘要：采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计、拉伸试验仪等手段研究了镁合金ZK60一Gd搅拌摩擦焊接头的组织与性能．结果表明：ZK60一Gd镁合金的焊接参数为：焊接速度120～24Omm／min，搅拌头转速90013

2、00r／rain．热输入量过大或不足均可导致缺陷；焊接头各区域的组织均有明显特征，焊核区形成细小均匀的再结晶组织；通过焊接工艺优化，焊缝的抗拉强度可达285MPa，为母材强度的87．O8。试样断裂均发生在热影响区．关键词：挤压ZK60-Gd合金；搅拌摩擦焊；微观组织；力学性能中图分类号：TG453文献标识码：AMg—Zn-Zr系合金具有强度高、塑性好及耐蚀等将制备的ZK60一Gd合金锭经均匀化处理后，挤压成优点，是目前应用最广泛的变形镁合金之一_1]．许6mm厚、75mm宽的板材，再通过机械加工制得规多研究者针对Mg—Zn—Zr系合金进行了微合金化、

3、格为100minx75mm×6mm的板材供焊接使用．晶粒细化、超塑性、耐蚀性等方面的研究[3]．在Mg—合金的主要成分列于表1．Zn—Zr系合金中，以ZK60合金的综合性能最好，是目前研究的热点；为改善ZK60合金的力学性能，扩表1ZK60-Gd镁合金的化学成分展其应用领域，许多研究者针对ZK60进行了搅拌Table1ChemicalcompositionofZK60一Gdmagnesiumaloy摩擦焊工艺和性能的研究Lg。。。．研究表明，在镁合金中添加稀土元素可显著提高其综合力学性能，目前主要添加的稀土元素有Nd，Y，Ce，La及Gd等[1．本文

4、以挤压态ZK60一Gd镁合金为实验材料，通过改变搅拌头的转动速度和搅拌摩擦焊实验在FSW一3LM一4012研究型搅焊接速度，研究了搅拌摩擦焊接参数对接头的微观拌摩擦焊机上进行．焊接前用砂纸打磨试件表面以组织及力学性能的影响，以期进一步扩大镁合金除去铣痕、氧化皮及油污等，并用丙酮对其进行清ZK6O—Gd在工程上的应用范围．洗．将试件固定后，按照实验方案预先设定好旋转速度、焊接速度、轴肩下压量等工艺参数，然后运行程1实验序进行焊接．完成焊接过程后，沿垂直于焊缝方向截取35实验用ZK60一Gd合金锭是将纯Mg、纯Zn和mm×10mrll的小块，制成金相试样

5、．将试样用砂纸Mg～30％Zr、Mg一20％Gd中间合金在镁合金熔炼炉逐级磨光，然后用金刚石研磨膏进行抛光．抛光至无中进行熔炼，熔体经精炼除渣后浇入预热温度523划痕后，采用苦味酸(1．5g)+乙醇(25mL)+乙酸K的金属型模具中，浇注温度为988K，得到直径为(5mL)+水(10mL)溶液对试样进行腐蚀．用光学100mrn，长度为200mm的ZK60一Gd镁合金铸棒．显微镜及扫描电子显微镜观察微观组织．采用D／收稿日期：2012—08—30*基金项目：广东省产学研结合项目(2010A090200078)作者简介：周楠(1982一)，男，山东济南人

6、，助理工程师，硕士第6卷第4期周楠，等：挤压ZK60一Gd合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能243是随搅拌头旋转速度的增大而增大的．但搅拌头的时间长大，形成粗大组织，这些粗大组织会导致接头旋转速度过高，所产生的热量会使焊接区内的温度的抗拉强度严重下降．在一定值保持较长的时间，使焊核区的晶粒有足够喇螽{璺羁j基900l050l200l350l500焊接速度／(mm·min)旋转速度／(r·min)图4焊接参数对接头抗拉强度的影响Fig．4Effectofweldingparametersonthetensilestrengthofjoints经过工艺优化，

7、确定在旋转速度为1350r／min，图谱．由于母材为挤压组织，其相组成为a-Mg固溶焊接速度为240mm／min时，焊接头的抗拉强度达体相、Mg—Zn—Gd相以及MgZnz相，如图5(a)所示；到了最高，为283MPa，而挤压态ZK60一Gd合金的经过搅拌摩擦焊后，焊核区仍然存在Mg—Zn-Gd相抗拉强度为325MPa，由此可见，焊接头的抗拉强度的衍射峰，但MgZn相的衍射峰完全消失，如图5可达母材的87．O8．(b)所示．这说明在热输入量较大的情况下，接头中的MgZn。可完全固溶进a—Mg固溶体而对Mg—Zn-3分析与讨论Gd相没有影响，并且在焊接

8、过程中也没有形成新的相，接头的相组成主要为a—Mg相固溶体和Mg—Zn—图5为以旋转速度1200r／min、