铝合金/不锈钢惯性摩擦焊接头的组织特性和力学性能研究

惯性摩擦焊是一种连接异种金属理想的焊接方法,对铝合金/不锈钢采用惯性摩擦焊进行焊接,并详细研究了焊接接头的形貌、组织、界面成分和力学性能.结果表明,在惯性摩擦焊接头的界面处形成了很薄的金属间化合物(IMC)反应层,该反应层主要由Al、Fe 元素组成,是富集Si 元素的FeAl3相.惯性摩擦焊接头组织由焊核区、完全动态再...     

2219铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接接头组织与力学性能

异种金属的连接可实现节能、经济及减重的目标,成为航空航天、造船、铁路运输等领域的研究热点之一;而铝合金与不锈钢物理化学性能差异明显,成为异种金属中最难实现的连接接头之一。采用惯性摩擦焊接技术进行2219铝合金与不锈钢回转体的连接,分析不同焊接工艺参数下铝钢惯性摩擦焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明,惯性摩擦焊接使铝钢接头铝合金一侧形成了细晶区和拉长晶区;EDS结果显示焊接界面处发生了Fe、Al等元素扩散。硬度测试结果表明,在连接界面处-0.6~+0.15 mm范围内硬度值发生了明显的阶跃变化,该区域为受焊接热及变形作用的主要区域,硬度值高于母材。合理焊接工艺下获得的2219铝合金与不锈钢接头拉伸强度为235~300 MPa。铝钢惯性摩擦焊接断口以脆性断裂为主。     

5052铝合金薄板搅拌摩擦焊接头组织和力学性能研究

采用搅拌摩擦焊方法对2.2 mm厚的5052-H32铝合金薄板进行焊接,并对焊接接头进行了显微组织观察、拉伸性能及显微硬度测试.结果表明:其焊接接头晶粒明显细化,力学性能显著提高.当搅拌头旋转速度为700 r/min、焊接速度为150 mm/min时,焊接接头的抗拉强度达到215MPa,超出母材(198 MPa)9％,屈服强度达到120MPa,超出母材(86 MPa)39％,接头硬度达到72 HV,超出母材(61 HV)约18％.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能研究

利用搅拌摩擦焊方法对7075铝合金板进行焊接,探讨了焊接速度和搅拌头旋转速度等焊接工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响,并对焊接接头的显微组织进行了分析.结果表明:采用搅拌摩擦焊焊接7075铝合金时,焊接接头具有较好抗拉性能.当旋转速度为750r/min、焊接速度为95 mm/min时,焊接接头的强度最高,达到母材抗拉强度(487 MPa)的97.4％,并且其伸长率也较高(为3.1％);当旋转速度为950 r/min、焊接速度为150 mm/min时焊接接头的伸长率最好,为4.7％.总体上看,焊接接头的伸长率和母材相比较低.     

6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能研究

对新能源汽车用6082-T6铝合金进行了搅拌摩擦焊接。通过金相显微镜、透射电镜、扫描电镜、维氏硬度试验、拉伸试验系统研究了焊接接头的微观组织与力学性能。结果表明:焊核区发生动态再结晶,组织呈细小的等轴晶粒,晶内位错密度降低,第二相颗粒数量减小。虽然搅拌摩擦焊接头的强度有所下降,但能够满足铝合金车身力学性能要求。     

焊接速度对6005A-T5铝合金搅拌摩擦焊接头组织演变及力学性能的影响（英文）

采用不同焊接速度对6005A-T5铝合金进行搅拌摩擦焊,对其焊接接头的组织和力学性能进行研究。建立了不同焊接接头区域析出相的演变和力学性能之间的关系。在焊接的过程中,焊核区由于受到了足够的热输入,β″相完全回溶到铝基体。在后续的自然时效过程中逐渐形成GP区,这也是焊核区硬度上升的主要原因。热影响区发生不完全再结晶,晶粒呈现拉长状,同时有大量的位错形成。热影响区主要包含Q'相和β″相。当焊接速度下降时,焊接接头的强度随着β″相的回溶和Q'相的形成逐渐降低。焊接接头纵向残余应力的平均值要大于横向残余应力。当焊接速度增加,纵向残余应力的峰值随之增加,但对横向残余应力的影响可以忽略。     

铝锂合金板材摩擦搅拌焊接头组织与力学性能（英文）

采用圆柱状搅拌针及带螺纹圆柱状搅拌针,进行了5mm厚度2195-T8铝锂合金板材的摩擦搅拌焊接,研究了旋转速度及焊接速度对接头拉伸性能的影响,并检测了接头组织。结果表明,采用圆柱状搅拌针(旋转速度1000r/min)进行焊接,当焊接速度不当时,产生贯穿焊缝的连续孔洞,导致接头强度较低。采用带螺纹圆柱状搅拌针进行焊接(焊接速度120mm/min)时,可消除上述孔洞缺陷,且随旋转速度由700r/min增加至1100r/min时,接头强度增大。焊核区晶粒发生再结晶,但晶粒尺寸分布不均匀。焊核区T1(Al_2CuLi)相和θ’(Al_2Cu)相完全溶解,而热机影响区所有θ’相及大部分T1相溶解。另外,在焊核心区形成较多位错。     

5083/5052异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

通过金相分析、拉伸、弯曲及硬度测试等方法研究了5083/5052异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能。结果表明:焊核区组织为细小等轴晶组织;热影响区组织仅受到热循环作用,与母材5052铝合金组织类似,但有粗化现象;热机影响区在搅拌针机械挤压和热循环的双重作用下,组织发生梯度变化,混合有再结晶晶粒和回复晶粒。接头平均抗拉强度和伸长率达到214.7 MPa、21.2%,与5052铝合金母材的(213 MPa、21.3%)相近。面弯和背弯180°时,试样无裂纹产生。接头硬度的分布呈"W"型,焊核区硬度分布较均匀,硬度最低值出现在热机影响区。     

6061/7050异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

采用扫描电镜、金相显微镜观察,硬度测试和拉伸试验对6061/7050异种铝合金搅拌摩擦焊接头的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,在接头的搅拌区形成了两种母材混合的漩涡状结构,在6061铝合金一侧热力影响区形成了细小的动态再结晶组织。6061侧焊接区硬度最低,在拉伸载荷下,接头沿该区域以塑性断裂方式发生破坏。接头强度随着焊接转速的提高而增大,在转速为410 r/min时抗拉强度达到192 MPa。     

惯性摩擦焊接头特性的研究现状

利用飞轮储存的能量来进行零件连接的摩擦焊为惯性摩擦焊(IFW),IFW中飞轮取代了连续驱动装置,飞轮的使用使得整个过程在操作上更便捷。文中根据已有的研究对IFW接头的特性进行了总结概述,包括接头硬度、抗拉强度、冲击强度等各个方面。重点讨论了焊接过程中接头特性的影响因素,研究了摩擦压力、时间、顶锻压力等因素在接头焊接中所起的作用,对后续的焊接研究提供一定的参考。最后探讨了惯性摩擦焊目前存在的问题,并提出了未来的发展方向及研究重点。     

铝合金搅拌摩擦焊异种焊接头的显微组织和力学性能

对8mm厚6082/5083铝合金进行了搅拌摩擦焊焊接,焊后通过金相分析、拉伸试验和断口形貌观察等方法研究了搅拌摩擦焊异种焊接头的显微组织和力学性能.研究结果表明:在旋转速度800 r/min、焊接速度120 mm/min工艺条件下,接头表面成形良好,内部无明显缺陷.焊核区是由细小的等轴晶组织构成;前进边和回转边的界面形态差异较为明显,前进边的组织形貌呈花纹状,由两种铝合金组织交互融合而成,但回转边组织形貌则呈曲线状,明显将两种组织分开.断口形貌分析显示,接头断裂模式为脆性断裂.     

不锈钢/铜感应钎焊接头组织和力学性能研究

采用Cu-Zn钎料感应钎焊不锈钢/铜接头,并利用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计和万能拉伸试验机对钎焊接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果显示:钎焊后钎料/不锈钢界面的形貌由一层化合物、沿晶界生长的针状金属间化合物及向晶内生长的二次树枝晶金属间化合物组成。在远离界面的钎料内部还有金属间化合物沿晶界析出。近钎缝区的铜显微硬度明显降低,不锈钢侧硬度降低不明显,钎缝的显微硬度明显增加,这是由于较快的冷却速度导致黄铜钎料出现大量的Cu Zn相。钎焊接头拉伸断口位于远离钎缝的铜管上,抗拉强度达到260 MPa,显示出良好的力学性能。     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能

对14 mm厚板铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头焊核区微观组织,整体和分层切片力学性能进行了研究.结果表明,当旋转速度为400 r/min,焊接速度为60-100 mm/min时,接头抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和延伸率δ随焊速的升高而降低.焊缝分层切片的σb,σ0.2和δ上部最高,分别达到了186.7 MPa,100.3 MPa和14.1%;下部最低,分别为157.5 MPa,80.2 MPa和10.1%.微观断口中存在大量的网状韧窝,切片上部韧窝最深,焊缝根部可见沿晶界的二次裂纹和浅韧窝.显微硬度分布为焊缝上部高于下部,沿焊缝中心呈不对称分布.焊核区上部等轴再结晶晶粒尺寸大于焊缝下部.焊核区上部的第二相粒子相对下部更均匀和细小,强化作用增强.     

铝合金薄板高转速搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用高转速微型搅拌摩擦焊接工艺实现了0.8 mm厚6061-T6铝合金薄板对接。利用OM、SEM、TEM及EBSD等测试技术探讨了高转速对接头微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,高转速焊接6061-T6薄板时,焊缝表面成型良好,焊缝各区域组织呈连续均匀过渡。与常规搅拌摩擦焊相比,高转速工艺下,焊缝区b-Mg2Si、S相(Al2Cu Mg)和Al8Fe2Si析出相数量增多,特别是长条状b-Mg_2Si数量增多,焊缝区显微硬度值明显提升;转速8000 r/min、焊速1500 mm/min条件下,接头最大抗拉强度高达301.8 MPa,是母材抗拉强度(351.7 MPa)的85.8%;转速对6061-T6铝合金超薄板高转速搅拌摩擦焊对接接头抗拉强度影响较小,接头断裂模式为脆性断裂为主的韧-脆混合断裂。     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头组织结构及力学性能

采用搅拌摩擦焊工艺实现3 mm厚的2024铝合金焊接,对接头搅拌区的组织结构及力学性能进行分析。研究表明,焊核区主要由再结晶和搅拌的双重影响而形成的细小等轴晶组织构成;热机影响区受焊核区剪切力及热循环的影响,晶粒大小不均匀并伴有晶粒变形的现象。力学性能分析表明,接头显微硬度分布特征与金相组织结构一致;当焊接速度为300 mm/min时,接头的抗拉强度达到294 MPa,为母材的69%,接头的断裂形式为韧窝和沿晶断裂特征的韧性和脆性断裂;接头的焊接残余应力以纵向应力为主,纵向残余应力峰值出现在前进侧轴肩作用的边缘处,焊接速度为300 mm/min时峰值达到164.5 MPa。     

2219-O铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能与组织

对2219-O铝合金进行搅拌摩擦焊试验,使用Wilson-硬度计和Instron-5982电子万能试验机对焊接接头的硬度和拉伸性能进行测试,并利用扫描电镜对焊接接头进行微观组织观察和能谱分析。试验结果表明:从从焊核区到热影响区,硬度值先减小后增大,热机影响区硬度值最低,拉伸断裂位置均位于该位置。2219-O搅拌摩擦焊接头四个区域均生成了不同形态的θ(Al_2Cu)相。母材区θ相弥散分布;焊核区θ相大小基本一致且均匀分布;热机影响区θ相发生异常的不规则脱落,留下凹坑,并且部分θ相断裂和凹陷于α(Al)基体中;热影响区θ相发生了长大,高度富集的现象。能谱检测(EDS)发现Cu含量按照从母材区、焊核区、热影响区到热机影响区的顺序呈下降趋势。     

Ti17合金惯性摩擦焊接头力学性能与组织分析

通过室温拉伸、高温拉伸试验以及金相分析对 Ti17 合金惯性摩擦焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,采用惯性摩擦焊焊接 Ti17 合金可获得室温及高温性能良好的焊接接头,其焊接接头的室温及高温抗拉强度都不低于母材;Ti17合金母材组织为α+β相,并且β相呈针状均匀分布在α相的基体上;不同焊接工艺参数对 Ti17 合金惯性摩擦焊接头热影响区和焊缝的组织没有影响,其热影响区组织为α+β相,并且β相呈针状均匀分布在α相的基体上,与母材组织相同,焊缝组织为细小的等轴晶.

Abstract：

The microstructures and properties of Ti17 alloy joints welded by inertia friction welding (IFW) were investigated by room-temperature tensile test, high-temperature tensile test and metallographic analyses. The results show that the joint with good performance at room and high temperature for Ti17 alloy can be obtained in IFW. Both the tensile strengths of welded joints at room temperature and at high temperamre are not less than those of the base metal. The microstructure of Ti17 alloy is α+β phase, and the needle β phase is distributing on the α phase. While welding, different welding parameters can not affect the microstructures of the HAZ and the weld seam. The microstructure of HAZ is the same as that of the base metal, and that of the welded seam is fine equiaxed crystal.     

FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织与力学性能

采用惯性摩擦焊连接FGH98合金,研究了热处理对FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织以及力学性能的影响。结果表明,原始态焊接接头焊合区主要由γ 和 γ′ 两相组成,γ′相在焊接过程中发生了回溶,残余γ′相尺寸和数量均明显降低,经过热处理后,焊合区晶粒尺寸、残余γ′ 相的尺寸和数量未发生明显变化;原始态焊接接头的焊合区的硬度值最高,在焊合区的中心区域存在硬度降低的现象,热处理态焊接接头显微硬度整体分布相比原始态硬度值未发生较大变化;焊接接头室温拉伸的断裂位置在母材区,屈服强度大于1 130 MPa,达到母材的93%以上;抗拉强度大于1 616 MPa,达到母材的99%以上;750 ℃拉伸的断裂位置在焊缝区,屈服强度大于1 025 MPa,达到母材的99%以上;抗拉强度大于1 197 MPa,达到母材同等水平。创新点：(1)采用惯性摩擦焊焊接FGH98镍基粉末高温合金,研究了热处理前后的焊接接头微观组织形貌。(2)结合微观组织分析,对力学性能进行了研究。     

铝-铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织及力学性能（英文）

对3 mm厚的1060工业纯铝和退火纯铜异种金属搅拌摩擦焊进行研究。在搅拌头旋转速度为1050 r/min、焊接速度为30 mm/min时,获得性能良好的铝/铜接头。交替片层结构主要分布于焊核区顶部与铜/焊核区交界附近,促进了铝、铜两种材料的界面扩散及铝和铜之间的冶金键合。然而,界面腐蚀形貌揭示界面内部的弱连接机制,导致拉伸试验中裂纹沿界面区域萌生和扩展,断裂方式为韧-脆混合型断裂。接头的抗拉强度为148 MPa,高于工业纯铝母材的抗拉强度。搅拌摩擦焊强烈塑性变形引起的晶体缺陷和晶粒细化加速原子间的短程扩散,从而促进金属间化合物Al4Cu9和Al2Cu的生成。XRD结果显示,金属间化合物Al4Cu9主要位于铜/焊核区过渡区域。焊核区较高的位错密度和位错环的形成是导致该区域硬度明显升高的主要原因。     

不锈钢真空钎焊接头组织和力学性能研究

采用BNi-2、BNi-5、BDP～1、Cu四种不同钎料真空钎焊1Cr18Ni9Ti不锈钢，对其焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明：钎缝的组织与钎焊温度和钎料的成分等因素有关。使用BNi-2钎料钎焊得到的钎缝组织中出现了大量的化合物相；而采用BNi-5、BlIP-1钎料，钎缝中有少量化合物相；Cu钎焊时，钎缝中得到单相组织。BNi-2钎焊接头力学性能较差，而其余三种钎料钎焊接头力学性能较好，其中Cu钎焊接头性能最高。