带状组织对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为4 mm的6061铝合金与AZ31B镁合金进行不同工艺的平板对接试验. 采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及能谱仪(EDS)对接头进行微观组织观察,采用电子万能试验机对接头力学性能进行测试. 结果表明,在接头焊核区(WNZ)中存在着明显的带状组织,带状组织是由插入镁基体中的铝合金条以及弥散分布在条带上的金属间化合物(IMCs)组成;IMCs主要为Al₁₂Mg₁₇和Al₃Mg₂;铝/镁异种金属FSW接头裂纹形核和扩展均发生在带状组织内;焊接工艺影响带状组织形态和IMCs尺寸及数量;随着转速(n)的增加或焊接速度(v)的降低,带状组织呈弯曲状,长度相对较短且呈不连续分布;当转速(n)过高或焊接速度(v)过低时,带状组织变细,但IMCs数量增多且尺寸变大;铝/镁异种金属FSW接头强度主要取决于带状组织形态和IMCs尺寸及数量.     

钛/铝/镁爆炸焊复合板波形界面及力学性能

文中提出以薄的铝合金板作为过渡层,采用爆炸焊接技术成功制备钛/铝/镁层状复合材料. 对钛/铝接合界面、铝/镁接合界面及钛/铝/镁爆炸复合板的整体力学性能进行了分析研究. OM和SEM试验结果表明,钛/铝接合界面和铝/镁接合界面均为波状接合界面,在铝/镁界面出现了局部熔化区;钛/铝接合界面为小尺寸波(λ=160 μm,h=26 μm),铝/镁接合界面为大尺寸波(λ=1 740 μm,h=406 μm);拉-剪试验表明,复合板沿着铝/镁接合界面断裂;弯曲性能测试表明,钛板一侧受拉时复合板弯曲强度和塑性均优于镁合金板一侧受拉,断裂始于铝/镁接合界面,最终从镁合金板一侧剪切断裂失效.     

1060铝/AZ31B镁异种金属FSW接头的组织演化与力学性能

采用电子背散射衍射(EBSD)研究了1060铝/AZ31B镁异种金属搅拌摩擦焊(FSW)接头的晶粒组织、织构演化和力学性能。结果表明：接头组织中从热影响区(HAZ)至焊核区(NZ),低角度晶界(LAGBs)百分比和平均晶粒粒径均逐渐减少。在HAZ,晶粒组织与母材相似,热机械影响区(TMAZ)则发生了动态再结晶,形成了粗晶粒和细小等轴晶粒共存的显微组织,而NZ由均匀细小的等轴晶组成。HAZ织构与母材相似,铝侧NZ形成了{001}〈100〉再结晶立方织构,在NZ中心,镁晶粒取向从〈0001〉||ND向〈0001〉||WD偏转,而在镁侧NZ,晶粒的取向为〈0001〉||TD。接头的抗拉强度为96.1 MPa,伸长率为13.2%,分别达到1060铝合金母材抗拉强度的95%和伸长率的65%。铝侧HAZ位错密度减小导致的材料软化以及铝侧HAZ与TMAZ之间晶粒粒径的差异促使接头从铝侧HAZ/TMAZ界面附近断裂。     

镁/铝层合板FSW接头微观组织及力学性能

文中采用搅拌摩擦焊 (FSW)方法对Mg/Al层合板进行单面、双面对接方式焊接,对接头的微观组织和力学性能进行测试. 结果表明,随着焊接速度和搅拌针旋转速度的增加,焊缝表面成形良好,接头不同区域未见气孔、裂纹等缺陷,物相主要由Mg₁₇Al₁₂,Mg₂Al₃和MgAl等组成,接头部位的晶粒尺寸得到明显细化,产生了动态再结晶,金属间化合物的形成有利于动态再结晶的形核. Mg/Al层合板双面FSW焊接头的拉伸强度和断后伸长率高于单面焊接接头的强度和断后伸长率,主要是由于接头部位金属间化合物的数量和分布不同,抑制接头部位金属间化合物的形成有利于提高Mg/Al层合板FSW接头的性能.     

SiCp/2A14复合材料厚板FSW接头微观组织与力学性能

实现了20 mm厚的15%SiC_p增强2A14铝基复合材料搅拌摩擦对接焊,并对接头的微观组织和力学性能进行了分析。结果表明：SiC_p/2A14复合材料焊接接头可以划分为四个区域,分别是母材(BM)、热影响区(HAZ)、热力影响区(TMAZ)和焊核区(NZ)。其中,BM区的组织呈现轧制条带状,该组织在HAZ受热发生了粗化;在TMAZ中,能够观察到由细小晶粒组成的挤压流线状组织;然而在NZ中,条带状组织消失,形成了均匀细小的等轴晶;并且NZ中SiC颗粒和白色相Al₄C₃得到充分细化,呈弥散均匀分布。接头的显微硬度最低值出现在HAZ和TMAZ的交界处,此处也是FSW接头断裂位置。接头的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为278 MPa、255 MPa和2.77%,分别达到母材的83.91%、77.62%和71.76%。通过数字图像相关法(DIC)测得接头的最大局部应变为16.8%。接头的断裂模式为韧性断裂和脆性断裂的混合断裂模式。     

镍中间层对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头微观组织的影响

采用搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW),引入厚度为0.05 mm镍箔作为中间层,在焊接速度不变条件下,采用不同转速对厚度为4 mm的6061铝合金和AZ31镁合金进行平板对接,对接头进行系列微观组织表征及力学性能测试,探讨转速对接头中镍颗粒分布状态,金属间化合物(intermetallic compounds, IMCs)种类与分布及接头强度的影响规律. 研究结果表明:与未引入中间层接头相比,引入镍改变了铝/镁异种金属FSW接头焊核区(weld nugget zone, WNZ)中IMCs种类及分布,WNZ存在明显的镁合金与铝合金相间的带状组织,其上分布着絮状Al₁₂Mg₁₇、颗粒状Mg₂Ni、层状Al₃Mg₂及大小不一的镍箔颗粒;随着转速增加,镍箔颗粒分布愈加均匀,Al₃Mg₂数量相对减少,且脆性Al₃Mg₂由连续分布逐渐演变为断续分布;当转速为750 r/min时,接头抗拉强度达到最大值,与未引入中间层接头相比,引入镍中间层接头抗拉强度提高了56 MPa,达到镁合金的56.9%.     

厚板铝锂合金SSFSW接头组织非均质性及力学性能

对12 mm厚板2195-T8铝锂合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊(Stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)工艺试验,探讨工艺参数对接头组织非均质性和力学性能的影响。结果表明：转速在300～500 r/min及焊接速度在30～80 mm/min范围内可获得表面光滑、无缺陷的焊缝。转速为300 r/min时,焊核区(Welding nugget zone, WNZ)呈梯形截面且沿厚度分布比较均匀;转速为400～500 r/min时,WNZ形状明显不规则并在焊缝表面附近形成异常流动的回填区,WNZ沿厚度方向的晶粒尺寸相差2～3倍;转速降低为300 r/min时,晶粒尺寸差别明显减小。转速为300 r/min时,WNZ硬度沿厚度方向分布均匀;转速为400～500 r/min时,WNZ底部硬度值远小于中间和顶部。在转速为300 r/min及焊接速度为80 mm/min的优化工艺条件下,WNZ抗拉强度可达到母材的71.57%。拉伸试样的断裂位置发生在热力影响区和热影响区交界处或WNZ底部,具有典型的塑性断裂特征。     

转速对铝/镁搅拌摩擦焊接头金属间化合物及低熔点共晶的影响

研究了转速对铝/镁搅拌摩擦焊接头金属间化合物和低熔点共晶的影响,并用电子背散射衍射表征了铝侧和镁侧界面微观结构。结果表明,当采用375 r/min的低转速时,镁侧界面上部出现由Mg固溶体和Al₁₂Mg₁₇相组成的共晶层,平均厚度为38.83 μm。在镁侧界面上部还发现一层厚度为12.3 μm的连续柱状Al₃Mg₂层,垂直于Al₃Mg₂层与共晶层的边界。在镁侧界面的中部和底部,只有Al₃Mg₂层和Al₁₂Mg₁₇层,其厚度沿厚度方向从上到下依次减小。此外,铝侧和镁侧界面的Al₃Mg₂层具有较高的平均晶粒取向差,这为铝和镁原子间的扩散提供了一条途径。当转速为600 r/min时,Mg固溶体与Al₁₂Mg₁₇相组成的共晶层沿厚度方向分布在镁侧界面上,共晶层厚度较低转速（375 r/min）时显著增加。镁侧界面上部的Al₃Mg₂层和共晶层的平均厚度分别为32.89和68.92 μm。最后,由转速引起的应变速率对金属间化合物的生长起着重要作用。     

工艺参数对Ti/Zn/Al异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

以3 mm厚2A14铝合金和TC4钛合金为对接材料,0.05 mm厚Zn薄片为中间层材料进行搅拌摩擦焊对接。研究了不同焊接参数对钛/铝异种金属搅拌摩擦焊对接接头宏观形貌、微观组织、力学性能的影响。结果表明:当焊接速度为75 mm/min,旋转速度为375~950 r/min,偏移量2.5 mm时,均可获得表面成形良好的焊接接头。但随着旋转速度的增加,焊缝表面粗糙度先减小后增大,而对接接头抗拉强度逐渐降低;当旋转速度为600 r/min,焊接速度从60mm/min增大到95 mm/min时,焊缝的飞边逐渐减少。当旋转速度为375 r/min,焊接速度为75 mm/min,偏移量2.5 mm时,抗拉强度达到最大值237.3 MPa,达铝合金母材抗拉强度的56.7%。     

镁/铝层状复合板材搅拌摩擦焊焊接行为

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对爆炸焊方法制备的镁/铝层状复合板进行焊接,对不同焊接速度条件下焊接接头的微观组织、物相以及力学性能进行分析。结果表明：镁/铝层状复合板的搅拌摩擦焊焊接接头界面连接效果良好,热机械影响区和热影响区界线不明显,搅拌区内镁、铝交替分布呈条带状,在搅拌区、热机械影响区和热影响区形成了Al₃Mg₂和Mg₁₇Al₁₂金属间化合物,焊接缺陷主要为界面处金属没有及时填充形成的隧道孔洞;焊接接头横截面硬度呈“W”形分布,搅拌区的硬度从铝侧→界面→镁侧逐渐降低;FSW焊接接头的抗拉强度最大可达94.5 MPa,伸长率为6.7%,断裂机理为金属间化合物的脆性断裂和金属基体镁/铝的韧性断裂。     

Friction stir-induced brazing of Al/Mg lap joints with and without Zn interlayer

The interfacial structure and mechanical properties of Al/Mg joints with and without Zn interlayer by friction stir-induced brazing bond have been investigated. The results revealed that the formation of brittle Al–Mg intermetallics could be effectively suppressed by the addition of Zn interlayer and using appropriate welding parameters, which were replaced by α(Mg)+Mg–Zn and Al–Mg–Zn intermetallic. When rotation speed was further increased, Al–Mg intermetallics were formed again at the interface. The shear strength of Al/Mg joints with Zn interlayer was improved by up to ～25% in comparison with those of the joints without Zn interlayer. A mixture of ductility and cleavage fracture occurred on fracture surfaces of Zn-added joints which was different from the cleavage fracture feature of the direct joints.     

Al/Zn比对镁合金组织、力学性能及耐蚀性的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、XRD、能谱仪、电子万能试验机及电化学工作站等研究了Al/Zn比对镁合金组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响.结果表明:当Al/Zn比在1～15的范围内时,合金的相组织主要为α相和β相.在Al/Zn比等于10时,合金的抗拉强度和屈服强度分别达到最大值171.2 MPa和107.5 MPa;由极化曲线和交流阻抗曲线的测量知此时合金的耐蚀性能最好,盐水腐蚀试验测得的腐蚀速率也下降到最小值0.3 mg/(cm2·d).而伸长率则在Al/Zn比等于1时达到最大值2.02%.实验结果还表明:当Al/Zn比小于1时,合金的相组织主要为α相和τ相(Mg32(Al、Zn)49).     

预置焊丝对Al/Cu异种FSW T-搭接接头组织和性能影响

在FSW过程中,T型接头的内角热输入低、塑性流动差导致其易出现虫洞、隧道、交界线等缺陷,造成应力集中,很难实现具有良好力学性能的Al/Cu异种焊缝。创新性地将圆角处预置焊丝应用于4 mm厚的6061-T6铝合金和纯铜异种FSW T-搭接接头的连接,以期改善T型接头的内角材料塑性流动,获得具有良好力学性能的接头。分析了3种预置焊丝对Al/Cu异种 FSW T-搭接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明,保持焊接速度35 mm/min不变,旋转速度在700~800 r/min条件下,3种预置焊丝接头大针搅拌区都表现出“洋葱环”。阶梯状搅拌头有效抑制了大量筋板材料向壁板的迁移,减少了Al/Cu互混。大针搅拌区由于少量Cu颗粒被搅拌,流动路径长,不易形成金属间化合物。Al/Cu形成了有效的冶金结合,其交界面处金属间化合物厚度小于1 μm。预置Cu的Al/Cu T-接头沿壁板方向像同种材料对接接头,呈韧性断裂;预置Al的Al/Cu T-接头改变交界线缺陷走向,筋板方向获得一定高度的Al/Cu混合区,机械互锁结合效果达到最优,断裂多在交界面处,抗拉伸强度达157 MPa,呈混合断裂。预置焊丝是一种适用于Al/Cu异种FSW T-搭接接头焊接的良好方法。     

波-平轧制钛/铝复合板界面组织特性及性能研究

建立Ti/Al复合板波-平轧与平轧有限元模拟并进行实验,分析不同轧制方式对复合板微观组织及力学性能的影响。结果表明,复合板压下率为40%时翘曲程度较35%更低,波-平轧复合板的等效应力及应变均大于平轧复合板,其结合界面未发现孔洞与裂缝,波峰处界面扩散层厚度为1.8μm,波谷处为2.4μm,而平轧复合板的界面扩散层厚度为1.6μm,并且波-平轧复合板Al板的再结晶程度高于平轧,其抗拉强度,抗弯性能,硬度也高于平轧复合板,但由于加工硬化作用延伸率较低。     

Microstructure and Mechanical Properties in Friction Stir Welded Thick Al–Zn–Mg–Cu Alloy Plate

In this work, 20-mm-thick aluminum-alloy plates were joined via friction stir welding. The temperature gradient was reduced by reducing the surface welding heat input to achieve uniformity of the mechanical properties across the thick plate joints. The welding temperature was measured using thermocouples. The microstructures were observed via electron backscatter diff raction and transmission electron microscopy. The tensile properties of the samples sliced along the thickness direction of the j...     

Improving Joint Morphologies and Tensile Strength of Al/Mg Dissimilar Alloys Friction Stir Lap Welding by Changing Zn Interlayer Thickness

The pure Zn foils with different thicknesses(0.02, 0.05, 0.1, 0.2 and 0.3 mm) were selected as interlayers to improve the quality of friction stir lap welding joint of 7075-T6 Al and AZ31 B Mg dissimilar alloys. The effects of the interlayer thickness on joint formation, microstructure and tensile strength were analyzed. The results displayed that the maximum length of the boundary between stir zone(SZ) and thermo-mechanically affected zone in lower plate was obtained by the addition of the Zn interlayer with 0.05 mm thickness. The Mg–Zn intermetallic compounds(IMCs) were discontinuously distributed in the SZ, replacing the continuous Al–Mg IMCs. The size of Mg–Zn IMCs increased with the increase in the thickness of the Zn interlayer. The maximum tensile shear strength of 276 N mm-1 was obtained by the addition of 0.05 mm Zn foil, which increased by 45.6% of that of the joint without the Zn foil addition.     

R60702/TA2爆炸焊接复合板微观组织及力学性能研究

通过爆炸焊接的方法实现了R60702板与TA2板的结合。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、显微硬度计对热处理前后锆-钛结合界面的微观组织、元素扩散、显微硬度进行了分析;并研究了热处理前后复合板的力学性能和断口形貌。结果表明：爆炸焊接后,锆-钛结合界面呈波状,界面附近产生塑性变形和轻微的元素扩散,随着塑性变形的减弱界面两侧显微硬度也逐渐减小。热处理后,界面元素扩散明显,组织发生再结晶,显微硬度、抗拉强度、剪切强度较热处理前降低,而复合板的塑韧性得到提高。热处理后的复合板弯曲性能良好。     

Zn与Mg质量比对热挤压Al-Zn-Mg-Sc显微组织及力学性能的影响

制备了Al-2Mg-0.4Sc、Al-5Mg-0.4Sc、Al-5Mg-2Zn-0.4Sc和Al-5Zn-2Mg-0.4Sc等4种合金并在350℃进行热挤压,通过光学显微镜(OM),X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)、室温拉伸测试,研究了Zn/Mg比对于Al-Zn-Mg-Sc合金组织与力学性能的影响。结果表明,Zn/Mg比的提高对于铸态晶粒具有细化作用,挤压后发生动态再结晶,晶粒尺寸显著减小,但挤压态晶粒尺寸并未随Zn/Mg比的提高而减小。另一方面,Zn/Mg比的提高使Mg32(Al,Zn)49第二相数量增加,且呈现更明显的网状结构。挤压态Al-Zn-Mg-Sc合金屈服强度随Zn/Mg比的提高而提升,主要由于大量Al3Sc粒子与碎化的第二相呈网状分布于晶界,使第二相强化起到主导作用。     

搅拌摩擦焊工艺参数对2519厚板焊接性能的影响

采用搅拌摩擦焊方法对10mm厚的2519高强铝厚板进行了焊接，研究了该铝合金厚板的搅拌摩擦焊工艺参数对其焊接性能的影响。结果表明：在一定范围内，随着转速或焊速的增加，焊缝强度都呈现出先增加后减小的特征，在转速为2000r／min、焊速为150mm／min时，可获得较好的焊接接头，其抗拉强度达到最大值298MPa。焊逢的薄弱环节出现在热影响区与热机影响区的过渡区。