2219铝合金搅拌摩擦焊接板材塑性成形性能研究

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1、硕士学位论文2219铝合金搅拌摩擦焊接板材塑性成形性能研究PLASTICFORMABILITYOF2219ALUMINUMALLOYFRICTIONSTIRWELDEDSHEET杨昭哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG306学校代码：10213国际图书分类号：621.774.8密级：公开工学硕士学位论文2219铝合金搅拌摩擦焊接板材塑性成形性能研究硕士研究生：杨昭导师：刘伟副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cla

2、ssifiedIndex:TG306U.D.C:621.774.8DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPLASTICFORMABILITYOF2219ALUMINUMALLOYFRICTIONSTIRWELDEDSHEETCandidate：YangZhaoSupervisor：AssociateProf.LiuWeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessin

3、gEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci.&Eng.DateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，铝合金作为一种轻质合金在汽车、航空航天等诸多领域应用越来越广泛，适应了轻量化的需求。与此同时，大型复杂型面构件的制造对现有成形方法提出了更高的要求。2219铝合金是一种轻质高强合金，由于其具有良好的低温力学性能、断

4、裂韧性、焊接性能以及抗应力腐蚀性能，在航空航天领域中主要用于制造大型运载火箭燃料贮箱。但2219铝合金的室温塑性差，普通拉深成形存在成形极限低、容易起皱等问题。因此在成形形状复杂、大尺寸的构件时往往采用分块成形后通过搅拌摩擦焊接（FSW）成形的方法。虽然基本保证了构件的整体强度，但焊缝区组织不均一以及焊接缺陷的存在大大降低了构件的使用可靠性。为了解决该难题，本文提出采用焊接板材、通过形变热处理调整焊缝组织性能，再一体成形的方法。以2219铝合金为研究对象，着重研究了焊接参数、热处理参数、变形量对焊接接头组织和性

5、能的影响规律，为采用2219铝合金拼焊板成形大型复杂曲面构件提供理论支持。通过力学性能测试，研究了不同焊接参数、热处理温度对FSW焊接接头性能的影响。合理的低焊速焊接工艺参数范围内焊态接头的力学性能相近，总体延伸率达到20%并略低于母材，热处理后屈服强度略有降低；随着热处理温度的升高，接头屈服强度及抗拉强度变化不大，而延伸率在350℃后发生了明显的下降，断裂区也由母材转移到了焊缝区，焊缝区的变形量逐渐增大。通过采用单向拉伸、多道次轧制变形引入不同的变形量，研究了变形后热处理对焊接接头力学性能和组织的影响。发现试

6、样经拉伸变形及350℃热处理后，接头的力学性能没有显著降低，组织与焊态接近。随着引入大的轧制变形及350℃热处理后，其焊缝区晶粒尺寸变大、母材晶粒得到细化，整体组织变得均匀，其抗拉强度较母材有所增加，延伸率与母材接近。通过有限元模拟软件对FSW拼焊板胀形和拉深进行了模拟研究。发现随着热处理温度的增加，板材的极限胀形高度略有增加。试验研究了一道次胀形和中间热处理（350℃）的二道次胀形过程，发现通过二道次次胀形高度提高12%。开展了半球形件充液拉深件数值模拟，发现焊缝的存在对壁厚减薄影响不大。在12MPa液室压力

7、，6000kN压边力下可以得到了无缺陷的大尺寸半球形拉深件。关键词：2219铝合金；搅拌摩擦焊接；变形量；热处理-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,asakindoflightweightalloy,aluminumalloyhasbeenusedinmanyfields,suchasautomobile,aerospaceandsoon,whichadaptedtotheneedforlightweight.Atthesametime,themanufacturin

8、goflargepartswithcomplexshapesputforwardhigherrequirementsfortheexistingformingmethods.2219aluminumalloyisalightweightandhigh-strengthalloy.Duetoitsgoodlow-temperaturemechanicalproperties,fractu