焊前热处理状态对SiC_p/Al-Cu-Mg复合材料搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响

在工具转速800 r/min,焊接速度100 mm/min的工艺参数下,对6 mm厚的15%SiCp/2009Al(体积分数)板材在软态(固溶态)和硬态(自然时效态)下进行搅拌摩擦焊接,均获得致密无缺陷的接头.结果表明,样品原始状态对焊核区的晶粒尺寸、析出相(Al2Cu)分布和硬度均影响不大.2种样品的热影响区均存在2个低硬度区.靠近焊核区的低硬度区在焊接热循环过程中温度较高,2种样品均发生Al2Cu相的粗化,硬度值相同;但在远离焊核区的低硬度区,固溶态样品不发生固溶原子团簇回溶,该区域的硬度略高于自然时效态样品,并且位置更靠近焊核中心.2种接头横向拉伸时均断裂在靠近焊核的低硬度区,强度基本相同,可达母材强度的83%.这表明,固溶软态下进行15%SiCp/2009Al板材的搅拌摩擦焊接,可以取得常规时效硬态下焊接的效果,有助于扩大焊接工艺窗口,减少焊接工具磨损.     

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。     

特殊对接形式下SiC_P/Al复合材料与铝合金搅拌摩擦焊的组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊,对特殊对接形式下比分为55%(体积分数)的Si CP/Al复合材料与2024铝合金进行了异种材料焊接,研究了焊缝的组织特征及力学性能特点.结果表明,轴肩影响区的前进侧存在大量细小的Si C颗粒,其分布呈带状;WNZ1的组织沿焊缝厚度方向上存在变化;WNZ2下部被Si C颗粒包围的铝合金晶粒尺寸有长大趋势;结合线处搅拌工具脱落颗粒会影响材料的结合.在旋转速度为750 r/min时,获得了较高的焊缝强度,为复合材料母材强度的83.1%,接头的断裂机制为复合材料基体自身的断裂及其与Si C颗粒的脱粘.     

SiCp/6092Al复合材料搅拌摩擦焊接头的疲劳行为研究

为获得高质量、疲劳性能优异的SiCp/6092Al复合材料搅拌摩擦焊接头,对3 mm厚的T6态SiCp/6092Al复合材料轧制板材分别在50 mm/min的低焊速和800 mm/min的高焊速下进行搅拌摩擦焊接,转速恒为1000 r/min,研究焊速对接头的组织演变及拉伸性能、高周疲劳性能的影响。结果表明,高焊速接头表面"鱼鳞纹"较明显,且横截面方向的焊核区形貌与低焊速接头具有一定差异。焊速增加显著提高了FSW接头的硬度和拉伸强度,而对于未打磨表面的接头却未能提高接头的疲劳极限,低焊速下接头的高周疲劳极限为150 MPa,高焊速下接头的高周疲劳极限降为140 MPa。不同循环应力加载下,试样表现出不同的断裂方式。高应力下,低焊速接头由表面"鱼鳞纹"凹痕引起疲劳断裂,而高焊速接头是由焊核区底部的涡旋区流动不充分引起断裂。在低应力下,未打磨试样均由接头表面"鱼鳞纹"凹痕引起疲劳断裂,三维表面形貌显示高焊速接头表面粗糙度较大是造成疲劳极限较低的原因。与未打磨试样相比,经过打磨抛光后的接头光滑表面试样的疲劳极限提高了40～65 MPa,且高焊速下的光滑试样表现出更高的疲劳极限(205 MPa),光滑表面接头在疲劳测试时均在最低硬度区及其附近区域发生断裂。     

SPS制备SiCp/Al-4.2Cu-xMg复合材料的显微组织及力学性能

采用放电等离子体烧结(SPS)技术制备了Mg含量分别为1.6、4和6 mass%的30 vol%SiCp/Al-4.2Cu-xMg复合材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)和万能试验机等研究了复合材料的微观形貌、相组成和力学性能。结果表明,Mg₂Si、Al₂CuMg和Al₂Cu相为SiCp/Al-4.2Cu-xMg复合材料的主要析出相,并存在Al-Fe-Mn(-Si)不溶相;随Mg含量的增加,复合材料的抗压强度提高,塑性减小,T6热处理对Mg含量为1.6和4 mass%时的复合材料强化作用较大,与未经热处理的复合材料相比,抗压强度分别提高了11.2%和12.4%,伸长率分别提高了47.6%和35.7%。     

搅拌摩擦焊工艺参数对纯铜接头组织和力学性能的影响

研究了搅拌摩擦焊工艺参数对3 mm的纯铜板材焊接接头组织和力学性能的影响.结果表明,在搅拌头旋转频率固定为800 r/m in,焊接速度在60~300 mm/m in范围内均得到了外表面美观、内部无缺陷的接头.焊接接头由两边向中间依次由母材区、热影响区、热力影响区和搅拌区组成.搅拌区组织由于动态再结晶作用使得该部分区域...     

409L铁素体不锈钢搅拌摩擦焊接接头的组织及力学性能

采用W-Re合金搅拌工具对4 mm厚409L铁素体不锈钢板进行搅拌摩擦焊(FSW),利用光学显微镜、扫描电镜、电子万能试验机和显微硬度仪等研究了焊接接头的焊缝形貌、微观组织和力学性能。结果表明：采用转速为1000 r/min,焊速为80 mm/min的工艺参数可以获得力学性能良好、无缺陷的409L铁素体不锈钢搅拌摩擦焊接接头。接头焊核区组织为高度细化的等轴铁素体晶粒,平均晶粒尺寸为17.3μm,并形成了大量的小角度晶界,是母材的3.66倍。焊缝的显微硬度分布呈“抛物线”形态,焊核区的硬度最高,为143 HV0.2,焊缝各区域的力学性能均高于母材。焊接接头的拉伸断裂在母材处,断裂形式为韧性断裂。     

钛钢复合板搅拌摩擦焊接接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊对接工艺焊接厚度为2 mm的TA2-Q235B钛钢复合板。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察焊接接头显微组织及断口形貌,并采用拉伸试验机和显微硬度计测试焊接接头力学性能及不同区域的显微硬度。结果表明,钛钢复合板焊接接头从上到下分为上部钢焊接区,中部钛钢混合区及下部钛焊接区3个区域,其中钛钢混合区呈交替层叠状结构。当轴肩旋转速度为300 r/min,焊接速度为40 mm/min时,焊接接头的抗拉强度为386 MPa,达到母材强度的80%以上,焊接区域的硬度平均值为243.5 HV,焊接接头断裂源于结合较弱的前进侧热机影响区域。     

铝-铜的搅拌摩擦焊研究

搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接方法.在铝一铜等异种材料连接方面具有潜在的应用前景.从焊接工艺、接头性能与微观组织等方面,介绍了铝一铜搅拌摩擦焊的研究进展,为进行相关技术研究提供了参考依据.分析表明.铝-铜搅拌摩擦焊的工艺参数范嗣较窄,接头力学性能有待提高;铝、铜流动特性差异的存在,导致焊核两侧呈现不同的结构;接头中存在多种金属间化合物,其分布形态、尺寸和数量对接头性能有较大影响.     

搅拌摩擦焊工艺参数对5052铝合金接头组织和力学性能的影响

研究了搅拌摩擦焊工艺参数对6 mm厚的5052铝合金板材接头组织和力学性能的影响.在150 mm/min的焊接速度下,旋转速度在600～1 500 r/min的范围内,均得到了高质量的焊缝.焊接接头由热影响区、热机影响区和搅拌区组成.在搅拌区产生了细小的等轴晶组织,最小晶粒尺寸为6.3 μm.搅拌头的旋转速度越高,搅拌区的晶粒尺寸越大.硬度曲线呈"W"形,焊缝中心硬度与母材相当,在距焊缝中心大约3 mm的位置硬度最小值为52 HV左右.在旋转速度为600 r/min与焊接速度为150 mm/min焊接参数下得到的接头强度为236.2 MPa,断后伸长率为22.4%,分别达到母材的92.9%和96.1%.     

镁/铝合金回填式搅拌摩擦点焊的组织与性能

选用5083铝合金和AZ31B镁合金为研究对象,研究焊接时间对异种合金回填式搅拌摩擦点焊接头的金属间化合物层和拉剪性能的影响.结果表明,当焊接时间为1 s时,Mg合金的流动性较差,接头中出现明显的孔洞缺陷;随着焊接时间的变长,孔洞缺陷消失.由于铝镁表面的氧化膜在焊接过程中被打碎且焊接温度高于铝镁的共晶温度,接头中心会形成一层液相层,焊后液相层凝固形成金属间化合物.接头的抗拉载荷随着焊接时间的延长先升高后降低,最优载荷在焊接时间为2 s时取得,为3.1 kN.     

铜板搅拌摩擦焊接头金相组织及力学性能

通过大量试验分析，在优化了铜板搅拌摩擦焊接工艺的基础上，分析了铜板搅拌摩擦焊接头的组织、性能及其与工艺参数的关系。研究表明：工业纯铜具有良好的搅拌摩擦焊接性能，优化工艺可获得超强于母材的搅拌摩擦焊接接头。焊合区金属在热力耦合作用下发生塑性变形，造成大量晶粒破碎，破碎的晶粒发生动态再结晶，热力影响区组织可以分成再结晶区、不完全再结晶区和动态回复区。     

Microstructure and mechanical properties of friction stir lap welded Mg/Al joint assisted by stationary shoulder

Using magnesium alloy as upper sheet, 3 mm-thick AZ31 magnesium alloy and 6061 aluminum alloy were joined using friction stir lap welding assisted by stationary shoulder. The effects of tool rotating speed on cross-sections, microstructure and mechanical properties of Mg/Al lap joints were mainly discussed. Results showed that stationary shoulder contributed to joint formation, by which stir zones (SZ) were characterized by big onion rings after welding. Because of the big forging force exerted by stationary shoulder, the upper region of hook was well bonded. SZ showed much higher hardness because of intermetallic compounds (IMCs). The bonding conditions at the base material (BM)/SZ interface at advancing side and the hook region played important roles on joint lap shear properties. The X-ray diffraction pattern analysis revealed that the main IMCs were Al₃Mg₂ and Al₁₂Mg₁₇.     

铝合金搅拌摩擦焊缝摩擦塞补焊组织与力学性能

对2219-T87铝合金搅拌摩擦焊缝进行摩擦塞补焊工艺试验,对塞补焊接头的焊缝成形、显微组织、显微硬度和抗拉强度进行了观察和测试,对拉伸断口进行了扫描电镜观察.结果表明,在7 500 r/min的焊接转速和40~55 kN的焊接压力下可获得无缺陷摩擦塞补焊接头;塞补焊接头沿垂直于搅拌焊缝方向的最大抗拉强度和断后伸长率分别可以达到336 MPa和8%,分别相当于母材抗拉强度和断后伸长率的73.9%和66.7%;在母材和塞棒之间的底部结合面是最薄弱的区域,如何控制该区域的结合强度是影响摩擦塞补焊接头拉伸性能的关键因素.     

纯铝纯铁搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能

选用3 mm厚冷轧态高纯铝板和退火态高纯铁板作为焊接母材,使用300/400/500/600 r/min-100 mm/min和300 r/min-80/60 mm/min焊接参数进行铝/铁异种金属搅拌摩擦焊对接焊试验。对焊接接头进行显微硬度和拉伸性能测试,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)等对接头组织进行表征。焊缝宏观形貌观察发现,焊缝的正面和背面有孔洞,正面出现毛刺。随着转速焊速比增加,孔洞消失毛刺增加。拉伸试验结果显示,共出现3种失效模式,分别为在300 r/min-100 mm/min参数下孔洞缺陷处断裂,300 r/min-80/60 mm/min参数下Al/Fe界面断裂和400/500/600 r/min-100 mm/min处Al侧基体断裂,3种模式下的最大焊接效率分别为40.1%、41.0%和60.4%,其中Al侧基体断裂模式的焊接效率最高。出现在焊核区的孔洞降低了接头强度,导致了缺陷断裂;在300 r/min低转速下,界面未达到有效的冶金结合,界面强度低于Al基体强度,导致Al/Fe界面断裂。硬度试验结果显示,铝侧硬度呈现先下降后上升...     

5052与6061异种铝合金搅拌摩擦焊接头的组织和力学性能

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对6 mm厚的5052和6061异种铝合金进行了焊接,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)分析母材和焊接接头的显微组织和断口形貌,利用XRD分析了搅拌区域的物相组成,并测试了室温拉伸性能和显微硬度。结果表明,5052合金置于前进侧时更有利于材料在焊核区域的相互混合,焊接接头的最低硬度在5052合金一侧热影响区(HAZ),并在这个区域发生了断裂,断裂特征为韧性断裂。焊接接头的最大抗拉强度为225 MPa,伸长率为5.77%。     

压铸态镁/铝异种金属搅拌摩擦焊接接头组织及性能

对3 mm厚压铸态AZ91D镁合金和压铸态ADC12铝合金进行了结果表明搅拌摩擦焊,采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射、万能试验机等分析了接头的微观组织和力学性能。结果表明:铝合金置于前进侧,前进速度为40 mm/min,转速为900～1300 r/min时,可获得成形良好的焊接接头;接头焊核区域镁铝合金相互混合,发生机械互锁,组织呈现条带状特征;母材中粗大铸态枝晶明显细化,非镁/铝基体相主要有Si、Mg_2Al_3、Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Si,颗粒状尺寸随转速的增加呈先降后增趋势;接头平均抗拉强度随转速增加呈现先增大后减小的趋势;断裂均发生在前进侧热机影响区和焊核的交界处。关键词:搅拌摩擦焊;微观组织;力学性能;压铸镁合金;压铸铝合金     

Microstructure and mechanical properties of friction stir welded and laser welded high entropy alloy CrMnFeCoNi

The high entropy alloy CrMnFeCoNi has been shown to have promising structural properties. For a new alloy to be used in a structural application it should be weldable. In the present study, friction stir welding (FSW) and laser welding (LW) techniques were used to butt weld thin plates of CrMnFeCoNi. The microstructure, chemical homogeneity and mechanical behavior of the welds were characterized and compared with the base metal. The tensile stress-strain behavior of the welded specimens were reasonable when compared with that of the base metal. FSW refined the grain size in the weld region by a factor of ～14 when compared with the base metal. High-angle annular dark field transmission electron microscopy in combination with energy dispersive X-ray spectroscopy showed chemical inhomogeneity between dendritic and interdendritic regions in the fusion zone of LW. Large fluctuations in composition (up to 15 at%) did not change the crystal structure in the fusion zone. Hardness measurements were carried out in the weld cross section and discussed in view of the grain size, low angle grain boundaries and twin boundaries in FSW specimens and the dendritic microstructure in LW specimens.