!影响搅拌摩擦焊金属塑性流动的因素

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第5期焊接学报Vo1．25No．52004年10月TRANSA(10NS0FTHECHINAWELDINGINSTITUTIONOctober2004影响搅拌摩擦焊金属塑性流动的因素于勇征，罗宇，栾国红(1大连铁道学院材料科学与工程系，辽宁大连1160282中国搅拌摩擦焊中心，北京100024)摘要：针对IJ"6／LD10、L2／T2研究了搅拌摩擦焊(FSW)的金属塑性流动。通过工艺试验，分析了影响FSW金属塑性流动的因素研究结果表明，被焊材料反复动态再结晶是其持续塑跬流动的前

2、提条件。影响金属期性流动的因素主要有两个——材料的变形温度和变形速率搅拌工具使材料保持高席变速率．并对材料快速加热，致使层错能很高的铝发生动态再结晶，促使其稳定流动。保持一定的焊接温度有利于金属动态软化，促进塑性流动．实现焊接。关键词：搅拌摩辕焊；金属塑性流动；动态再结晶中国分类号：TG453文赫标识码：A文章编号：0253—360X(2004)05一i17—04于勇征0序言特征——在异种材料接头的金相中金属形成了涡形层混结构(见图1)，这说明金属在焊接过程中“流搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所(TwI)动”了起来。产生此现象的

3、原因是由于金属在一定于1991年发明的一种新型焊接方法。该方法具温度下，受力而塑性变形，发生动态软化而表现出了有无烟尘、无飞溅、无需添加焊丝、变形小等优类似于粘性液体的流动性。点。搅拌摩擦焊现已成为国内外研究的热点。对FSW过程中的金属塑性流动的研究一直倍受关注。文中分析金属塑性流动是为了探究Fsw的成形机理，并优化焊接工艺。1试验方法图1异种材料(LD10／LF6】焊接区域涡形层混结构Fig1ExampleofvortexstructureinFSW试验中选取了T2、L2、LF6、LDIO作为试验材zoneforLD10ALF6A

4、Ialoy料，皆为板材，规格为200nMlnX5Omillx3mill。焊接时进行了测温。试验采用C52型立式铣床改装典型FSW接头焊核区(Nugget)中的微观组织的搅拌摩擦焊设备，搅拌工具采用自制的C型(搅为精细的等轴晶(见图2a)，该区位错密度低于母拌针根部直径3mm)。通过光学显微镜和扫描电镜材，沉淀相较少，在其上部区域，即靠近轴肩的地方，(SEM)，观察了接头的横截面。铝及其合金材料的位错密度稍高些。。在热机影响区中原本纵向排腐蚀剂采用Keller试剂(150mLH，O，3mLHNO，列的晶粒在靠近焊核区的地方被转过了9o

5、。，热机6mLHCL．6mLHF)影响区中有少量的等轴晶出现(见图2b)，这里可能是焊接过程中材料温度较高的区域。而在热影2试验结果及分析响区，晶粒只是在尺寸上明显变大。接头的横截面呈现不同的分区——这说明在不同区域的金属经历了不同的热与力的过程2．1金属的塑性流动对FSW接头组织的影响在FSW焊接过程中，金属虽然处于固态，但是2．2焊核区的组织分析在接头区，金属的分布表现出类似于流体行为的金属塑性流动主要发生在焊棱区、这部分金属在焊接过程中发生了动态再结晶。这是因为：收穑日期：2003一I2—05(1)此处金属是由精细的等轴晶粒组

6、成(见图3)；维普资讯http://www.cqvip.comll8焊接学报第25卷(2)在FSW过程中不可能发生静态再结晶；(3)焊影响和变形情况不同从而在物理性质以及力学性核区中所观察到的再结晶晶粒尺寸的变化和实际焊能上都会发生不同的变化。这时靠近搅拌针的A缝中心所测得温度(L2／L2，大于0．7T⋯T，为热层发生了软化，而B层的物理性能变化却不大(见力学温度，温度变化如图4所示，焊缝中心温度为图5)。A层的金属经过搅拌针(pin)的作用后经历883K)都与动态再结晶的发生条件相符合了．动态再结晶过程，组织变成了精细的等轴动态再

7、结晶晶粒(情形如同圈2a)，而B层金属由于没有达到足够的温度，因此金属只能发生冷变形，金属的晶粒仅仅是被拉长或挤压(情形如同圉2b中的细长组织)，而没有发生再结晶图5搅拌摩擦焊过程中金属动态软化示意图Fig．5SchematicdiagramofmetaldynamicsoftencourseduringFSW2．4搅拌摩擦焊过程中金属塑性流动行为分析金属材料的力学性能和物理性能都与材料中的位错密度有关，金属经历塑性变形时，位错密度发生变化，材料性能将相应发生变化动态再结晶是材料在高温变形条件下，晶粒重新形核井长大，形成新的低位错密

8、度晶粒的过程该过程宏观表现是村料图3纯铝L2焊核区SEM图的变形抗力减小Fifl3SEMmorphologyofL2AInugget金属塑性变形时的流变应力与位错密度的方根973()成正比，所以理论上常用临界流变应力描述8"73动态再