厚板镁合金搅拌摩擦焊性能与组织分析

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1、学术论文厚板镁合金搅拌摩擦焊性能与组织分析AnalysisofPropertyandMicrostructureofThickMagneziumAlloy南京晨光集团有限责任公司中航工业北京航空制造工程研究所[摘要】实现了20mm厚AZ31B镁合金板材的搅拌摩擦焊接，焊缝良好成形、未观察到气孔、夹杂以及弱连接等缺陷，在焊后对焊接试样进行了不同温度下的热处理、力学性能测试、显微硬度测试和焊缝组织观察。研究表明，采用搅拌摩擦焊方法可以实现厚板镁合金焊接，且接头性能随退火温度的影响变化很小，焊缝截面上的硬度分布也比较均匀。关键词：镁合金焊后热处理力学性能【ABSTRACT】20

2、mmthickmagnesiumalloys，AZ31Bisfrictionstirweldedwithgoodformingandwith—outanydefects，suchasporosity，slagandkissingbond．Afterwelded，thejointsareheattreatedunderdifferenttemperatures．Macrostructure，microstructure，micro-hard·ness，mechanicalpropertiesbeforeandafterheattreatedofthickmagnesiumf

3、rictionstirweldedjointsareanalysedthoroughly．Keywords：MagnesiumHeattreatmentMe-chanicalproperty搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，FSW)作为新兴的固态连接技术，在有色金属等材料的连接方面的优势也愈加突显。镁合金具有比强度、比刚度高，阻尼减振性能优良，抗电磁干扰能力强，易于切削加工和铸造，价格低廉，可以回收再利用等一系列优点，在汽车、电子、电器、交通、航空航天和国防军事工业领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景[I-21。与传统的熔化焊相比，FSW属于固相焊接，

4、其接头不会产生与熔化有关的焊接缺陷，如裂纹、气孔及合金元素的烧损等。焊接过程中无需填充材料、保护气体，焊接前无需进行复杂的处理工作，焊接所需能量仅为传统焊接方法的1／5～1／15，焊接过程中无弧光辐射、烟尘和飞溅，噪声低。可见，FSW是一种高质量、低成本的“绿色焊接方法”13-41。赵妍胡伟叶周海峰戴维弟栾国红厚板镁合金由于其厚度大、线膨胀系数大、熔点低、导热率大等特点，在焊接过程中会出现氧化燃烧、气孔、裂纹、热影响区宽和焊后变形大等问题，难以获得与母材性能相匹配的焊接接头，因此优先选用FSW进行焊接。中国航天科工集团南京晨光集团公司已就20mm厚度的厚板AZ3l及AZ4

5、1镁合金成功利用FSW获得优质接头，本文以AZ31B镁合金试板为例进行工艺技术及接头组织性能分析。1试验方法试验采用规格为300mmx150mlnx20mm的H112态AZ31镁合金厚板，其化学成分组成见表1。搅拌头材料为H13钢，其硬度在45HRC以上。其搅拌头的轴肩直径为30mm，搅拌针直径为10mm，针长度为19．8ram。搅拌头的旋转速度为600r／rain，焊接速度为60mm／min。焊后对焊接接头试样进行去应力退火处理，热处理制度为：分别在150。C、200。C、260℃、360。C的温度下，保温1h后，空冷。将上述试样取样腐蚀后，采用QMW550型图像分析仪

6、对组织进行分析，并使用FM一7000型显微硬度计对常温接头组织各区域进行硬度测试。对常温和不同热处理后的焊接试板分别取样进行机械性能测试。2试验结果与讨论2．1焊后宏观形貌分析如图I所示，焊缝表面成形良好。送检镁合金焊接试样未观察到气孑L、夹杂等低倍缺陷，焊缝根部未出现弱连接。焊缝晶粒度级别7级，热机影响区(后退侧)晶粒度级别为7．5级，母材晶粒度级别为8级。2．2焊后试样组织形貌如图2、图3所示，搅拌焊接头组织一般分为4个表1镁合金板材的化学成分质量分数％78航空制造技术·2013年第2l期学术论文焊缝表面形貌(h)焊缝侧面形貌图1焊缝宏观形貌图Fig．1Macromo

7、rphologyofweldingjoint图2焊接接头宏观组织示意图Fig．2Macrostructureofweldingjoint◆一◆■■——，-——_—-—舅■_。‘'-一～。、ji-?j五珂o．：．一：·、jt。裔电(g)t謦缝Z：观形貌图3AZ31B搅拌摩擦焊接头组织Fig．3MicrostructureofAZ31BFSWjoint区域：I区域——焊核区(Sz)、Ⅱ区域——热机影响区(TMAZ)、m区域——热影响区(HAZ)和Ⅳ区域——母材区(BZ)。在FSW焊接过程中，母材不但受到轴肩的下压力和移动摩擦力，而