对动车铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第5期(总第186期)机械工程与自动化NO．52014年1O月MECHANICALENGINEERING8LAUTOMATION0ct．文章编号：1672—6413(2014)05—0099—02动车铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的研究米王敏，郭淑兰，王海东(长春工程学院机电学院，吉林长春130012)摘要：分析了动车用6005A铝合金的搅拌摩擦焊接头的显微组织及疲劳性能。研究表明：接头表面有AIzOa生成，接头焊核区是细小的等轴晶，并有“洋葱环”形貌，热影响区晶粒粗大，

2、接头的疲劳强度低于母材，但高于MIG焊，疲劳断口为韧窝与准解理的混合断口。关键词：疲劳性能；搅拌摩擦焊；疲劳断口；铝合金中图分类号：TG457．14文献标识码：A0引言影响区金属没有受到机械搅拌的作用，与母材相比变随着人们对交通工具的要求越来越高，车体的轻化很小，只是由于高温晶粒比母材略大。图1(b)为焊量化、高速化成为了一个发展趋势。铝合金作为一种核区，可以看出形成了细小的等轴晶粒，这是由于该区性能良好的轻质材料，目前在我国的轨道车辆制造中域温度高，金属在搅拌头的强烈搅拌摩擦作用下发生得到了大量的应用。

3、但是常规熔焊的接头性能较低，显著的塑性变形，温度较高，应变速率较大，使之不断难以满足轻质、高速的需求，因此，采用新技术解决铝地形成再结晶晶核]，并只发生有限长大，搅拌头对晶合金焊接性较差的问题成为国内外研究的热点[1]。搅粒也有一定的破碎作用，因此在该区形成了细小、均匀拌摩擦焊(FrictionStirWelding，FSW)的问世从根本的晶粒。上解决了这一难题，采用FSW焊接铝合金等轻金属，降低了熔焊缺陷产生的可能性，提高了接头的性能。1实验材料与方法实验用材为3mm厚的轧制6005A铝合金，母材的化学

4、成分如表1所示。表16005A铝合金化学成分(质量分数)MnISilCulCrlZnlF‘eIMglIi1(a)焊缝区(b)焊核区0．2010．591010．09l010．13l0．55l0．02l图1焊缝的微观组织把铝合金加工成200mm×50mm的试样，在观察图1(b)，有明显的搅拌流线存在，可见典型FSW一3LM一002型焊机进行FSW，搅拌头直径为22的“洋葱环”形貌。“洋葱环”的形成主要和金属的塑性mm，搅拌针直径为6mm，长为8mm。焊接工艺参数流动有关，焊接过程中搅拌针和肩轴作用使金属分层为

5、：焊接速度23．5mm／min，搅拌头旋转速度1180r／沿着后退侧迁移，另外应力的循环变化引起金属塑性min，搅拌头倾角2．5。。使用CONROLLER一4890—变形也会使焊缝金属分层流动。层间新生成的晶核呈100kN电液伺服疲劳试验机进行接头疲劳性能试验，弥散分布，层间与层内晶粒形状不同，从宏观上看横剖其频率为0．02Hz～2000Hz，采用恒定应力进行加面上就形成了“洋葱环”结构[3“]。由于搅拌针区域摩载，加载方向垂直于焊缝方向，加载系数正弦波控制。擦热输入不足，在靠近轴肩区域和焊缝根部位置都没

6、疲劳断口分析在JSM-5500LV扫描电镜上进行。有搅拌针的直接搅拌作用，所以“洋葱环”一般位于焊2实验结果的分析与讨论缝的中部位置，在焊缝的上部和下部“洋葱环”逐渐消失。2．1金相分析2．2XPS分析图1(a)中，右下角是母材区，晶粒粗大，中部白色用X射线光电子能谱仪分析了试样表面元素的区域为热机械影响区，该区域的晶粒非常细长并发生原子价态，数据见图2。其中A1以两种价态存在，一弯折变形，这是因为在热机作用下发生不同程度的塑种是单质，另一种是表面单质在空气中氧化生成性变形，晶粒与母材的原始组织取向呈一定

7、的角度，热{l}吉林省教育厅重点资助项目(2014年第424号)收稿日期：2014-01-07；修回日期：2014—04—07作者简介：王敏(1971一)，女，吉林长春人，副教授，硕士，研究方向：材料加工。学兔兔www.xuetutu.com·100·机械工程与自动化2014年第5期AlO。；Si也以两种价态存在，即单质和硅酸盐。的XPS分析中也得到印证。由图2可见，单质Al的峰位大概是在72eV，单2．4疲劳断口分析质Si的峰位是99．4eV，在试样表面，Al和Si大部分图4为疲劳断口形貌。由图4(a)

8、可见，断口形貌都是以单质状态存在，但是也含有相当数量的氧化铝是韧窝断口与准解理断口的混合。韧窝中分布着小的枢锚姆嬲拍孔埯Mm及硅酸盐，这说明FSW过程中试样表面有氧化。粒子及少量的夹杂物，一般情况，滑移系多的面心立方2．3疲劳曲线分析金属多为韧性断裂，而实验中出现了准解理断口，原因对实验数据采用线性拟合的方法进行处理。对于是接头中存在缺陷及非金属夹杂物，在应力的作用下FSW接头的高周疲劳性能按下式进行处理：与机体的塑性变形不协