mgal异种合金搅拌摩擦连接板材接头性能及铣削变形研究

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1、中图分类号：TG404论文编号：102870515-B021学科分类号：080201博士学位论文Mg/Al异种合金搅拌摩擦连接板材接头性能及铣削变形研究(国家自然基金资助项目51175255)(江苏省博士创新工程基金资助项目CXZZ13_0152)研究生姓名邓永芳学科、专业机械制造及其自动化研究方向大型结构加工技术指导教师左敦稳教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一五年九月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanical&ElectricalEngine

2、eringStudyonjointpropertiesandmillingdeformationanalysisofthedissimilarjoinedplateforMgandAlalloysAThesisinMechanicalEngineeringbyDengYongfangAdvisedbyProf.ZuoDunwenSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophySeptember,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的

3、研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学博士学位论文摘要在航空制造领域，降低飞机重量是一个重要课题。一种有效的方式是将不同的材料连接起来作为大型整体结构件使用，不同合金板材拼连后接头区域的应力状态和板材变形对后续铣削产生重要影响。本文

4、以搅拌摩擦连接技术作为板材拼连工艺，以2024-T3铝合金和AZ31B镁合金为研究对象，研究两种合金的拼连工艺，在此基础上研究拼连板材的铣削工艺。本文完成的主要工作和取得的主要成果如下：1对FSJ材料流动过程和接头成形机理进行分析建立了FSJ水平方向材料的偏心挤压流动过程，用实验方法验证了偏心挤压流动过程的正确性。由偏心挤压流动过程出发，进行相应的推论并得到了验证。进一步研究了偏心量与接头力学性能的关系。2对Mg/Al异种合金FSJ过程中作用力的测量和分析对3.2mm厚板材Mg/Al异种合金FSJ进行搅拌头作用力测量，分析了工艺参数对搅拌头3个方向作用力的影响，建立了搅

5、拌头所受作用力数学模型。3对Mg/Al异种合金FSJ工艺进行研究对Mg/Al异种合金FSJ工艺进行实验研究，寻找到了工艺参数范围。对Mg/Al异种合金FSJ后的接头进行接头力学性能测试。在工艺参数范围内，搅拌头转速和进给速度与接头力学性能均呈从低值到高值先增大后减小。对接头进行微观组织和形貌分析，并进行EDS能谱分析和XRD物相分析，确定了Mg/Al异种合金FSJ连接过程中生产了Mg17Al12和Al3Mg2两种金属间化合物。对接头拉伸断裂的断口进行了微观形貌观察，确定了Mg/Al异种合金FSJ连接接头断裂形式和裂纹源产生原因。对Mg/Al异种合金FSJ接头进行了硬度分

6、析。4对Mg/Al异种合金FSJ过程搅拌头偏置进行研究对Mg/Al异种合金FSJ连接过程中搅拌针进行偏置，分析偏置接头的力学性能，寻找到了最佳偏置量。搅拌针偏置量与接头性能之间呈从向Mg侧偏置最大到向Al侧偏置最大先增大后减小，抗拉强度和屈服强度的最大值位于向铝侧偏置量为0.5mm处。偏置的FSJ接头中均生产了Mg17Al12和Al3Mg2两种金属间化合物。5对Mg/Al异种合金FSJ过程的温度场模拟仿真研究建立了以搅拌头旋转速度和进给速度为变量的FSJ热源模型并以此为基础进行Mg/Al异种合金FSJ温度场数值模拟。将模拟得到的热循环曲线和实验测量得到的数值进行对比，两

7、者能够相互验证。6对Mg/Al异种合金FSJ残余应力分布和变形进行分析通过试验，研究了FSJ板材残余应力和变形的分布规律，并研究了工艺参数对连接残余应IMg/Al异种合金搅拌摩擦连接板材接头性能及铣削变形研究力和变形的影响。7对Mg/Al异种合金连接的板材铣削残余应力分布和变形进行分析通过铣削试验，研究了不同铣削工艺参数对Mg/Al异种合金FSJ拼连板材铣削残余应力分布和变形规律的影响，并得到了最优铣削工艺参数。关键词：铣削变形，Mg/Al，搅拌摩擦连接，连接变形，残余应力II南京航空航天大学博士学位论文ABSTRACTInaerospa