冲击载荷作用下镁合金及其焊接接头断裂行为研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文冲击载荷作用下镁合金及其焊接接头断裂行为研究摘要镁合金具有轻质高强、易于回收等一系列优点。正成为现代高新技术中最有希望的结构材料，而焊接问题成为镁合金广泛应用的瓶颈之一。从工程结构材料断裂力学角度来看，镁合金材料的一些特性直接影响着镁合金焊接结构的安全使用性能。因此，研究冲击载荷作用下镁合金及其焊接接头的断裂行为、断裂机理极其重要，也是镁合金焊接结构工程应用中迫切需要解决的关键技术问题。这对于镁合金结构的合理设计、制造和安全使用具有较大的理论价值和实际意义。本文首先研究了8m

2、m厚轧制态AZ31镁合金板材及其TIG焊对接接头的抗拉强度。试验结果表明，AZ31镁合金板的抗拉强度为234．48MPa，对接接头的抗拉强度为18-5．68MPa，是母材抗拉强度的79％左右。对接接头断裂发生在热影响区，这是因为热影响区的过热组织晶粒粗大，造成脆化，成为镁合金焊接接头力学性能下降的原因之一。这对于镁合金焊接结构设计具有重要的指导作用。在．80～340℃温度范围内，研究了AZ31镁合金板材缺口冲击韧性。试验结果表明，在．80～80℃温度范围内，AZ31镁合金冲击功很小，冲击韧性只有5．48~

3、8．75J·cm～，断口为准解理形貌，属于脆性断裂；在80-200℃温度范围内，冲击韧性为8．75～17．44J·cm～，断口为准解理+韧窝形貌，属于混合断裂；在200～260℃温度范围内，冲击韧性为18J·cm"2左右，断口为韧窝形貌，属于韧性断裂；在260℃以上，冲击韧性又有所下降，AZ3l镁合金有软化倾向，断口形貌仍为韧窝。在．80～260℃温度范围内，发现AZ31镁合金存在韧脆转变现象，韧脆转变温度约为140℃。这是本论文的发现之一o-改变镁合金表面状态，研究了AZ31镁合金的缺口敏感性。未开缺口

4、冲击试样的冲击韧性为50J·cm-2以上，而缺口深度D=0．1lrlm的冲击试样，冲击韧性仅为15．95J·cm"2。随着缺口深度的增加(从D=0．1turn到D=2．0ram)，AZ31镁合金的冲击韧性大幅度下降，最低值为7．44J．cm-2。考虑到太原理工大学硕士研究生学位论文缺口应力集中对冲击韧性的影响，用有限元模拟计算应力集中系数，对冲击韧性进行修正，修正后的冲击韧性随缺口深度的增加呈上升趋势，说明了镁合金对缺口具有强烈的敏感性。这是本论文的发现之二。研究了AZ31镁合金"riG焊对接接头的缺口冲

5、击韧性。对于焊缝金属，在焊缝方向和板厚方向表现出不同的冲击韧性，焊缝方向缺口冲击韧性最大值在焊缝中心，为8．66J．cm之，比母材缺口冲击韧性8．01J．cm。2大。热影响区是冲击断裂的薄弱环节；而板厚方向缺口冲击试样在焊缝中心冲击韧性最小，为6．21J-cm之，随着缺口离焊缝中心的距离增大，冲击韧性迅速增大，达到一定距离时，逐渐趋于平缓。镁合金焊接接头断口表面崎岖不平，形貌不仅有准解理特征，而且还有韧窝形貌。采用示波冲击试验研究镁合金母材和焊接接头的冲击断裂过程，试验结果显示AZ31镁合金母材和焊接接头

6、的断裂过程极不相同。未开缺口的AZ31镁合金母材冲击试样，其力一位移曲线为E型，具有力特征值％、Fm、晶和兄；母材、焊缝中心和距离焊缝中心3mm处焊缝方向缺口冲击试样，其力一位移曲线均为D型，仅具有力特征值％和，m；焊缝中心、距离焊缝中心3rtlm处板厚方向缺口冲击试样，其力．位移曲线均为B型，仅具有力特征值，m。这些不同型式的曲线对研究冲击断裂机理有重要价值。研究了AZ31镁合金及其焊接接头的电化学腐蚀性能。电化学腐蚀结果显示，母材的自腐蚀电位如产1．425V，自腐蚀电流‰产0．01093A，三种电流T

7、IG焊焊缝金属的自腐蚀电位五。分别为一1．497、-1．489、一1．468V，自腐蚀电流屯。分别为0．02323、O．01645、0．01598A，说明焊缝金属的耐腐蚀性小于母材。关键词：AZ31镁合金，焊接接头，拉伸性能，冲击韧性，示波冲击，电化学腐蚀性能太原理工大学硕士研究生学位论文STUDYONFRACTUREBE]也WIOROFMA(讣JESIUMALLOYANDITSWELDEDJOINTUNDERIN皿ACTLOADABSTRACTMagnesiumalloyhasaseriesofadva

8、ntagessuchaslowdensity,highstrength，beingpronetorecycle，etc—AlⅡloughithasbeenexpectedtobethemostpromisingstructurematerialsinmodemhJ曲andnewtechnology,theweldingproblemshavebecomeoneofbottlenecksofitswideapplication．