7075铝合金搅拌摩擦焊接头沉淀相析出行为

利用搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)技术对厚度为6 mm的7075铝合金进行平板对焊,使用金相显微镜、显微维氏硬度仪对7075铝合金FSW接头进行微观组织观察和显微维氏硬度测试,使用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)对合金进行物相分析,使用透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)对接头焊核区(welding nugget zone,WNZ)、热机影响区(thermal-mechanically affected zone,TMAZ)、热影响区(heat affected zone,HAZ)及母材(base metal,BM)中的沉淀相分布、形貌等进行观察,并对沉淀相的晶格条纹间距进行计算。研究结果表明,7075铝合金FSW接头的组织及显微维氏硬度分布极其不均匀;接头中沉淀相主要有棒状MgZn_2和椭圆状AlCuMg两种,沉淀相种类与形状不同,强化效果不同,AlCuMg强化效果好于MgZn_2;WNZ中沉淀相主要是AlCuMg,加之细晶强化,显微维氏硬度较高;相比WNZ,TMAZ中沉淀相AlCuMg数量少,MgZn_2相对增多,强化效果相对减弱,导致显微维氏硬度降低;HAZ中的MgZn_2相对更多,加工硬化和细晶强化效果减弱,HAZ与TMAZ交界处显微维氏硬度达到接头的最低值。     

6N01铝合金FSW接头微观组织及力学性能研究

采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为4 mm的6N01铝合金进行不同工艺的平板对接试验。使用光学显微镜(OM)、显微硬度仪及微控电子万能试验机对接头微观组织、显微硬度及力学性能进行表征。结果表明,6N01铝合金FSW接头由焊核区(WNZ)、热机影响区(TMAZ)及热影响区(HAZ)组成;WNZ组织为细小的等轴晶;TMAZ组织发生较大程度的变形;AS(前进侧)TMAZ与WNZ分界线明显,而RS (后退侧)TMAZ相对较为模糊;HAZ仅受热循环作用,组织比母材稍有粗化;WNZ显微硬度可达65 HV,AS TMAZ的显微硬度低于RS TMAZ,硬度最小值位于AS TMAZ;焊接速度为400 mm/min,转速为1200 r/min时,接头的抗拉强度达到最大值169.50 MPa。拉伸试样起裂部位在AS TMAZ与HAZ的过渡处,然后向WNZ扩展。断裂形式为韧性断裂。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头断裂机理

使用MTS拉伸试验机和扫描电镜加载台分别对7075铝合金FSW接头进行拉伸卸载和原位拉伸试验,并借助Olympus金相显微镜对卸载后接头损伤行为进行观察,使用有限元软件ABAQUS对接头在拉伸过程中的应力状态进行分析. 结果表明,7075铝合金FSW接头在拉伸过程中微裂纹分别在前进侧热影响区(HAZ)与热力影响区(TMAZ)交界处和焊核区(WNZ)底部形核,最终前进侧HAZ与TMAZ交界处裂纹发展成主裂纹,主裂纹沿HAZ与TMAZ交界扩展导致接头断裂. 原位拉伸试验接头同样在该区域发生断裂. 该处由于三向应力度较高、显微硬度较低、过渡组织不连续以及沉淀相MgZn2取向分布而成为整个7075铝合金FSW接头的最薄弱环节.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头断裂过程分析

使用搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)设备对厚度为6 mm的7075铝合金平板进行对接试验,利用MTS液压伺服试验机对7075铝合金FSW接头进行拉伸卸载试验,借助Olympus金相显微镜对接头损伤行为进行观察,使用有限元软件ABAQUS对7075铝合金FSW接头在拉伸过程中的应力状态进行计算分析。结果表明,7075铝合金FSW接头在拉伸过程中,微裂纹分别在前进侧热影响区(HAZ)与热机影响区(TMAZ)交界处及焊核区(WNZ)底部形成,最终前进侧HAZ与TMAZ交界处裂纹发展成主裂纹,主裂纹沿着HAZ与TMAZ的交界扩展导致接头断裂。7075铝合金FSW接头拉伸过程中在厚度方向上出现挠曲变形,并且三向应力度在WNZ与TMAZ交界处和TMAZ与HAZ交界处存在突变,从而加剧微裂纹扩展。     

2A14-T4铝合金T形接头静轴肩搅拌摩擦焊组织结构与力学性能

采用静轴肩搅拌摩擦焊接法（SSFSW）在不同的焊接速度下制备了2A14-T4铝合金T形接头。在优化的焊接工艺参数下,可以得到光滑的T形接头焊缝表面。结果表明：焊接熔核区（WNZ）的显微组织为完全动态再结晶产生的细小等轴晶,第2次焊核区（WNZ2）的平均晶粒尺寸最大,焊接重合区（WNOZ）次之,第1次焊核区（WNZ1）的平均晶粒尺寸最小。WNZ的再结晶机制主要是几何动态再结晶,并伴有部分连续动态再结晶。WNZ1和WNZ2织构类型为弱{111}<110>,而WNOZ经过2次搅拌后织构类型为弱{100}<001>。热机械影响区（TMAZ）发生塑性变形,而热影响区（HAZ）只受到焊接热循环作用,不发生塑性变形和晶粒的动态再结晶。WNZ的硬度较高,硬度最低的区域位于靠近TMAZ的HAZ。随着焊接速度的增加,接头抗拉伸强度先增大后减小。底板和加强板的主要断裂形式是脆性/韧性混合断裂。     

2024-T4铝合金搅拌摩擦焊搅拌区位错及组织性能

采用金相、显微硬度及透射分析方法对2024铝合金搅拌摩擦焊接头搅拌微区的组织性能和位错分布特征进行试验分析,基于位错分析深入了解各微区位错形成与接头组织结构与硬度变化之间的关系。研究表明,WNZ位错主要分布在晶粒内部,大部分是以位错缠结的形式存在,并伴随有大量的沉淀强化析出相Cu_2Mg;而在TMAZ区,大量的位错是以位错塞积的形式存在于晶界或晶粒内部;HAZ区域的位错多以位错塞积的形式存在于晶界附近,并伴随一些典型的Al Cu_3析出相。WNZ和TMAZ区中并未随晶粒细化而造成位错数量和类型的减少,这与FSW特殊的动态回复和动态再结晶过程有关,此外位错分布特征与接头微区硬度分布特征基本吻合。     

焊接参数对7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

使用搅拌摩擦焊(FSW)设备,采用不同搅拌针转速和焊速对厚6 mm的7075高强铝合金平板进行对接试验,并对不同焊接工艺下的接头进行微观组织观察和力学性能测试。研究结果表明:7075铝合金FSW接头由焊核区(WNZ)、热机影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)及母材区(BMZ)组成;随着搅拌针转速的增大,接头中焊核区的晶粒越大;随着焊速的增大,接头中焊核区晶粒越细小;不同工艺参数下的FSW接头显微硬度分布曲线都呈W形。随着转速的提高和焊速的减小,接头显微硬度升高,但波动范围较小;随着转速和焊速的提高,接头抗拉强度先降低后提高;转速为400 r/min,焊速为120 mm/min时,接头抗拉强度最高,为417 MPa,是厚6 mm的7075铝合金FSW最佳的工艺参数。     

5086铝合金CMT焊接接头微观组织及力学性能研究

采用冷金属过渡焊接技术(CMT)对中低速磁悬浮列车用1 mm厚的5086 H32铝合金进行平板对接焊试验,对不同工艺下的接头进行微观组织观察和力学性能测试,并利用透射电镜(TEM)对接头不同微区中位错和沉淀相进行观察。结果表明:在焊接电流52~61 A,焊速60~90 cm/min的工艺下获得质量可靠的焊接接头;CMT焊接接头由焊缝区(WZ)、热影响区(HAZ)和母材组成,WZ由细小等轴晶和柱状晶组成,熔合线附近出现宽度约为100μm的细晶区;与母材相比,HAZ晶粒存在不同程度的减小;WZ显微硬度最低,HAZ次之;母材位错密度大,缠结严重,HAZ位错密度较低,WZ几乎没有位错;与沉淀相相比,位错密度对CMT接头不同微区的显微硬度影响较大。     

Ti2AlNb金属间化合物惯性摩擦焊接头组织及性能分析

采用惯性摩擦焊接工艺对Ti₂AlNb金属间化合物进行了焊接试验研究，利用SEM观察了焊态及焊后热处理接头各区域显微组织，并分析了接头显微硬度变化趋势. 结果表明，Ti₂AlNb金属间化合物试验母材为α₂+B2+O三相组织，α₂相呈断续网状和块状分布于原B2相晶界，O相呈片状分布在B2相基体上；摩擦焊接头分区明显，WZ为单一B2相等轴晶粒，晶粒均匀细小，热力影响区(TMAZ)近焊缝区为B2+α₂相组织，α₂相沿摩擦方向呈定向分布，远焊缝区与热力影响区(HAZ)相近为B2+O+α₂三相组织；焊后热处理接头WZ为板条状B2+O双相组织，并伴有疑似孪晶出现，TMAZ为B2+O+α₂三相组织，近焊缝区原黑色条纹区B2相转变成了块状O相，其余B2相转变成B2+O相板条束，HAZ组织与母材相近，但具有厚度更细小的O+B2相板条；焊态及焊后热处理接头焊缝区显微硬度最高，随着向母材区过度，显微硬度逐渐降低.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头在拉伸过程中的裂纹扩展行为

对厚度为6 mm的7075铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)平板对接试验,利用MTS微控电子万能试验机对接头进行不同应变率下平板拉伸试验。分别使用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对接头断裂路径两侧的微观组织和断口形貌进行观察。在此基础上,使用透射电镜(TEM)对接头起裂源处的沉淀相形貌进行观察,研究应变率对接头断裂行为的影响。研究结果表明,随着应变率的增加,接头屈服强度与屈强比略有增大,不同应变率下的微裂纹均形核于接头底部母材(BM)与热影响区(HAZ)交界处。相比于椭圆状Al Cu Mg沉淀相和胶囊状Al_2Cu Mg沉淀相,接头中棒状MgZn_2沉淀相对微裂纹形核起关键作用。应变率较低时,裂纹在扩展过程中发生偏转;随着应变率的增加,接头裂纹走向平直,接头塑性降低,与加载方向的裂纹扩展角减小,断裂方式由以韧窝聚合型断裂为主转变为以剪切断裂为主。     

转速对水下搅拌摩擦焊接铝合金组织性能的影响

采用水下搅拌摩擦焊接技术(SFSW)对2024-T4铝合金板材进行连接,研究了转速对SFSW接头焊核区析出相形貌和显微硬度的影响。结果表明:循环水冷具有明显的瞬时快冷作用,SFSW接头焊核区S-Al2CuMg相在热循环作用下发生析出长大。随着转速的提高,析出相的数量逐渐增多,且尺寸增大。S相粗化是导致焊核区显微硬度随转速增大而降低的主要原因。     

Al-Zn-Mg合金厚板多层多道TIG焊接接头的显微组织与冲击力学性能（英文）

研究Al-Zn-Mg合金厚板多层多道TIG焊接接头的显微组织和冲击力学性能。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和能量色散谱(EDS)对焊接接头不同区域的相组成和显微组织进行表征,同时对其进行冲击力学性能测试。结果表明:焊缝中产生弥散分布的球状和针状η(MgZn_2)相。焊接热影响区的物相组成为α(Al)+η(MgZn_2)+Al_6Mn,并存在大量弥散分布的纳米级沉淀颗粒。焊接接头焊缝区冲击韧度最高,焊接接头焊缝区中的MgZn_2相有利于接头韧性的提高。焊接热影响区中Al_2MgCu相在断裂过程中起到裂纹源的作用。     

B_4C/6061Al中子吸收材料FSW接头的纳米压痕和拉伸性能研究

采用粉末冶金的方法制备了30vol%B_4C/6061Al中子吸收材料板材。通过搅拌摩擦焊(FSW)的方法对4 mm厚30vo1%B_4C/6061A1中子吸收材料板材进行对接焊接,获得了表面成形良好的焊缝。采用纳米压痕法对FSW焊接接头的焊核(WZ)、热力影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)和母材(BM)4个区域中的微区力学性能进行研究,对焊接接头的拉伸性能进行了测试。运用扫描电镜对压痕的微观形貌和拉伸断口进行表征。结果表明:在同一区域中,随着距颗粒/基体界面距离d(d11μm)的增加,微区的硬度和弹性模量总体呈现降低趋势。在微区数值均值化后,不同区域的硬度和弹性模量由高到低为WZ、TMAZ、BM和HAZ,压入功恢复率在WZ、TMAZ、HAZ和BM依次为28.10%、25.14%、31.76%和29.30%。在焊接接头不同区域出现性能差别的原因是由于在FSW过程中不同区域的塑性变形程度和热循环作用不同导致的,FSW接头强度可达母材的85.7%,断裂部位在HAZ区。     

2024-O铝合金FSW拼焊板成形性能研究

利用杯突试验方法测试了2 mm厚2024-O铝合金母材及搅拌摩擦焊拼焊板焊态和焊后退火态的杯突值,并利用ABAQUS数值模拟方法研究了杯突过程中试样应力和应变的分布特征,结合焊接接头的显微硬度测试和微观组织观察结果,讨论了影响拼焊板成形性能的主要原因。杯突试验结果表明,母材、焊态和焊后退火态拼焊板杯突值分别为11.53 mm、8.23 mm和10.49 mm。杯突试验过程的数值模拟结果表明,等效塑性应变最大位置是杯突试样的薄弱区,该区减薄率最大,是裂纹的起裂位置,这与杯突试验中裂纹出现的位置一致。在搅拌摩擦焊接过程中的热-机械作用下,焊核区Al基体发生动态再结晶导致的细晶强化以及Al_2CuMg相发生溶解产生的固溶强化是焊态接头焊核区显微硬度升高的主要原因。焊后退火处理过程中,焊核区Al基体晶粒尺寸增加以及从过饱和Al基体中脱溶析出的Al_2CuMg相发生粗化,导致退火态接头焊核区显微硬度明显下降。降低焊核区与周围金属的力学性能差异能够有效提高焊缝与周围金属的协同变形能力,进而提高拼焊板的成形性能。     

旋转摩擦挤压7075铝合金组织及第二相形貌

采用旋转摩擦挤压法(RFE)加工T6态7075铝合金,对挤压后的7075铝合金进行热处理,观察了7075铝合金的显微组织和第二相变化,测试了加工后材料的显微硬度。结果表明,RFE态的7075铝合金为未完全再结晶的细小等轴晶,平均晶粒尺寸约为15μm。经热处理后,铝合金中未发生再结晶的晶粒继续完成再结晶,晶粒尺寸进一步细化均匀,约为8μm。RFE加工使7075铝合金中保留的初生金属间化合物尺寸变小,原沉淀析出的第二相(MgZn_2相)在RFE加工过程中大部分发生重溶,未重溶的MgZn_2相发生粗化,经热处理后7075铝合金中析出的MgZn_2相尺寸细小,呈弥散分布。RFE态7075铝合金显微硬度低于基材,但经T6热处理后,其硬度为177.5HV,高于基材,7075铝合金中第二相对基体的强化效果较细晶强化作用更显著。     

6005A铝合金搅拌摩擦焊接头的晶间腐蚀行为

对6005A铝合金搅拌摩擦焊接头的晶间腐蚀行为进行了研究.结果表明,母材的晶间腐蚀倾向最大,热影响区(HAZ)次之,焊核区(NZ)和热力影响区(TMAZ)的晶间腐蚀倾向最低.结合场发射扫描电镜、高分辨透射电镜分析解释了接头不同区域的腐蚀行为:母材的晶间腐蚀是两组微电池效应的结果,即晶界析出相/沉淀无析出带(PFZ)和铝基体/PFZ;HAZ内晶界析出相的数量的减少、间距的变大及晶内Q'相的析出显著改善了该区的晶间腐蚀性,但晶内Q'相的析出也引起了点蚀的发生;NZ和TMAZ内绝大部分的合金元素固溶于基体,抑制了晶间腐蚀的发生.     

残余应力和第二相对Al-Cu-Mg合金微尺寸变化的影响

以第二相变化为基础,利用扫描电镜和透射电镜等组织结构分析手段,结合云纹干涉法研究Al-Cu-Mg合金在时效过程中的组织结构演变规律和微尺寸变化规律。结果表明:残余应力以及Al_2CuMg相的形貌、分布和数量变化是引起Al-Cu-Mg合金尺寸改变的主要原因。提高Al-Cu-Mg合金中Al_2CuMg相的形核率,获得细小弥散分布的Al_2CuMg相可以极大地降低合金的系统自由能,显著提高Al-Cu-Mg合金的尺寸稳定性。     

7075厚板铝合金搅拌摩擦焊接头晶间腐蚀行为研究

对20 mm厚7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头沿板厚方向进行分层晶间腐蚀行为研究。借助光学显微镜及扫描电子显微镜分析了接头组织、第二相成分及分布、腐蚀深度及接头各区腐蚀形貌。结果表明:焊缝中心区腐蚀程度最轻,热机影响区(TMAZ)次之,热影响区(HAZ)腐蚀程度最严重;沿板厚向下,焊核区(NZ)腐蚀程度逐渐变大,TMAZ腐蚀程度先变大后减小,HAZ腐蚀程度逐渐减小;接头沿板厚方向晶粒大小和第二相粒子尺寸及分布存在差异,是造成沿板厚方向各区不同晶间腐蚀程度的主要原因。     

2219-O铝合金的搅拌摩擦焊接

对2219-O铝合金进行了搅拌摩擦焊接,采用光学显微镜分析了接头的微观组织,采用拉伸试验方法评价了接头的力学性能.微观分析表明,在热机循环的共同作用下,焊核区(WNZ)发生了动态再结晶,形成了细小的等轴晶粒,并且沉淀相的数量较其它各区有所增加;热机影响区(TMAZ)晶粒被拉长、弯曲,发生了动态回复和部分再结晶,晶粒内部开始有新的晶粒生成;热影响区(HAZ)的晶粒发生粗化.力学性能测试结果表明,当转速为800r/min,焊接速度为200～400 mm/min时,接头与母材等强度,断裂发生在母材区;当焊接速度大于400mm/min时,接头的抗拉强度很低,断裂发生在缺陷处.     

6005A-T6铝合金低转速双轴肩搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

研究了6005A-T6铝合金低转速(400r/min)双轴肩搅拌摩擦焊接头的组织及性能。结果表明,焊接速度从300 mm/min增加到600 mm/min时,接头成形良好,由热影响区(HAZ)、热机影响区(TMAZ)和焊核区(WNZ)组成,横截面宏观形貌在厚度和宽度方向均呈明显的对称性;各区域微观组织有明显的差异,HAZ组织因仅受到热循环作用,晶粒变得粗大、强化相溶解,是性能最薄弱的位置;接头抗拉强度随焊接速度的增加呈先小幅增加后减小的趋势,焊接速度为400 mm/min时,抗拉强度达到最大值,接头伸长率随焊接速度变化波动较小;接头显微硬度呈"W"型分布,且焊接速度对其影响较小;低转速焊接时较低的热输入是接头力学性能稳定的主要原因。