搅拌摩擦焊工艺对AZ31合金组织性能的影响

研究了焊接速度、搅拌头转速对AZ31合金搅拌摩擦焊接头显微组织和力学性能的影响,分析了焊接工艺参数的作用机理。结果表明,焊接速度过低(250 mm/min)或者搅拌头转速过高(650、700 r/min),焊核区的条带区中都会产生孔洞缺陷。随着焊接速度的增加,焊核区和热影响区的晶粒尺寸都呈现逐渐减小的趋势,合金的抗拉强度和断后伸长率都表现为先升高后降低的趋势。随着搅拌头转速的增加,焊核区和热影响区的晶粒尺寸都呈现逐渐增加的趋势,合金的抗拉强度和断后伸长率呈现先增加后减小的趋势。AZ31合金适宜的搅拌摩擦焊工艺为焊接速度400 r/min、搅拌头转速550 r/min,此时搅拌摩擦焊接头的抗拉强度和断后伸长率分别为202 MPa和5.0%,断裂位置位于后退侧热影响区。     

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。     

7B04铝合金薄板的搅拌摩擦焊接及接头低温超塑性研究

在转速1600 r/min,焊速200 mm/min;转速800 r/min,焊速200 mm/min;转速400 r/min,焊速400 mm/min 3组参数下对2 mm厚的退火态7B04铝合金薄板进行搅拌摩擦焊接,研究了焊接参数对焊缝质量及微观组织的影响,并分析了焊核区的低温超塑性变形行为.结果表明,通过控制焊接参数,可获得良好的焊接质量,接头强度系数达100%.焊核区发生动态再结晶,生成细小等轴晶,母材晶粒尺寸约为300μm,转速为1600,800和400 r/min时晶粒尺寸分别为2,1和0.6μm.这种细晶组织有利于焊核区超塑变形,在300℃,焊核区在1×10~(-3_和3×10~(-4)s~(-1)应变速率下获得了160%~590%的延伸率,在350℃,1×10-3s-1条件下获得高达790%的最大延伸率,在约400℃时超塑性变形行为消失.     

搅拌头转速对2507双相不锈钢搅拌摩擦加工组织及性能的影响

通过对5 mm厚2507双相不锈钢进行搅拌摩擦加工,研究了在加工速率为100 mm/min时搅拌头转速对加工区域组织、力学性能和腐蚀性能的影响.结果表明,随着搅拌头转速的增大,搅拌区晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势.加工热循环和应力变形对加工区铁素体与奥氏体组织比例的变化影响不大,其铁素体含量仍保持在标准规范40％～60％之间.仅在搅拌头转速为200 r/min时,在加工区底部发现σ相析出.加工区显微硬度分布呈现"盆状",其硬度最高值出现在搅拌区前进侧的底部,对应搅拌区晶粒尺寸最细小处.随着搅拌头转速的增加,搅拌区纵向拉伸强度呈现先增大后减小的趋势,而塑性则呈现先减小后增大的趋势.搅拌头转速为400 r/min时,搅拌区具有最优腐蚀性能.     

AZ91D镁合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用搅拌摩擦焊对AZ91D镁合金进行焊接试验,研究了搅拌摩擦焊接头的组织与性能.结果表明,当转速为1 000～1 400 r/min、焊速为50～150 mm/min时,均可得到表面成形良好、内部无孔洞和隧道的焊缝;焊接区与母材组织差异极大,焊接区形成细小、均匀的再结晶组织,具有锻造组织特征;热影响区为部分再结晶组织,再结晶晶粒沿原铸造晶粒的晶界生长;对接头进行拉伸试验,断裂发生在母材处,表明接头的抗拉强度高于母材.     

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。     

6016铝合金薄板无针搅拌摩擦对焊工艺研究

采用无针搅拌摩擦焊工艺对1mm厚的6016铝合金薄板进行对焊,研究不同工艺参数下接头的宏观形貌、力学性能和微观组织。结果表明:在本文的试验条件下,接头的抗拉强度随搅拌头转速或焊速的增加先增大后减小,转速比焊速对抗拉强度的影响更显著。最佳工艺参数为转速1200 r/min、焊速300~400 mm/min,抗拉强度达到母材的90%。接头硬度曲线呈"W"形。焊核区完全动态再结晶,晶粒细化;热机影响区发生部分再结晶,组织内存在伸长变形的大晶粒和细小的再结晶小晶粒;热影响区未发生再结晶,组织中存在着长大的晶粒和聚集生长的第二相粒子。     

搅拌摩擦焊工艺参数对铸造AlSi14合金焊接接头性能的影响

研究了采用不同焊接工艺参数时铸造Al Si14高硅铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织、力学性能及断口形貌。结果表明,焊核区组织由于发生动态再结晶,晶粒非常细小;热力影响区紧靠焊核区,在较高转速时出现被拉长的组织;热影响区基体α相及共晶Si晶粒尺寸相对于母材均有所增加。在搅拌头转速为1 300 r/min、焊速为100 mm/min时,获得的接头抗拉强度可达到母材的92%;断裂发生在前进侧热影响区,断裂方式是韧性与脆性的混合型断裂;接头显微硬度近似呈"马鞍"形分布,在热力影响区附近硬度低于母材硬度。     

搅拌摩擦焊工艺参数对铸造AlSi14合金焊接接头性能的影响北大核心CSCD

研究了采用不同焊接工艺参数时铸造Al Si14高硅铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织、力学性能及断口形貌。结果表明,焊核区组织由于发生动态再结晶,晶粒非常细小;热力影响区紧靠焊核区,在较高转速时出现被拉长的组织;热影响区基体α相及共晶Si晶粒尺寸相对于母材均有所增加。在搅拌头转速为1 300 r/min、焊速为100 mm/min时,获得的接头抗拉强度可达到母材的92%;断裂发生在前进侧热影响区,断裂方式是韧性与脆性的混合型断裂;接头显微硬度近似呈"马鞍"形分布,在热力影响区附近硬度低于母材硬度。     

1561铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织分析

采用恒压力控制模式对4 mm厚1561铝合金板材进行了搅拌摩擦焊接试验,并对接头微观组织进行了研究. 结果表明,随着由母材向焊缝中心过渡,晶粒尺寸呈先增大后减小的趋势,小角度晶界占比和位错密度持续降低. 其中,热影响区晶粒在焊接热循环的作用下发生长大. 热力影响区由被拉长的条状晶粒及细小等轴晶组成,表明此区域发生部分动态再结晶. 搅拌区晶粒呈细小的等轴晶形态,说明该区域发生了完全动态再结晶. 与母材区数量较小且尺寸较大的沉淀相相比,搅拌区存在大量尺寸较小的Al₆Mn相,说明此区域沉淀相发生了先溶解再析出的过程. 同时,搅拌区存在明显的位错墙和亚晶界等亚结构,表现出连续动态再结晶的组织形成特征. 搅拌区内Al₆Mn相主要分布在位错上,起到了钉扎位错并阻碍再结晶晶粒长大的作用.     

搅拌摩擦热力耦合条件下Q&P980钢焊核区组织演变规律

采用搅拌摩擦焊接技术焊接Q&P980钢,研究搅拌摩擦高温和塑性变形综合作用对Q&P980钢焊核区组织演变的影响规律.结果表明,焊核区的组织演化受峰值温度、剧烈塑性变形和焊后冷却速率多因素协同调控.焊核区的峰值温度主要由搅拌头的旋转速度控制,旋转速度越大,焊接峰值温度越高;焊后冷却速率主要由搅拌头的焊接速度控制,焊接速度越大,焊后冷却速度越大,材料受到高温塑性变形的影响越小.当旋转速度控制在400 r/min时,随着焊接速度从50 mm/min增加到400 mm/min,焊核区组织演变规律为马氏体/铁素体/残余奥氏体→马氏体,晶粒尺寸逐渐粗化.当焊接速度控制在100 mm/min时,随着旋转速度从200 r/min增加到600 r/min,焊核区组织演变规律为马氏体/铁素体/残余奥氏体→马氏体→马氏体/贝氏体,晶粒尺寸逐渐细化.     

重复搅拌对2024铝合金无倾角搅拌摩擦搭接焊的影响

对5 mm厚的2024铝合金板材进行了无倾角搅拌摩擦搭接试验,研究搅拌工具转速、焊接速度、下压量对焊接质量的影响,并优化了工艺参数。采用优化后工艺进行重复搅拌试验,研究重复搅拌消除缺陷的作用原理,并分析了焊道微观组织。结果表明,搅拌工具转速、焊接速度对焊接质量的影响较为显著,参数在转速1000 r/min,焊接速度300 mm/min时取得较好的焊接效果,与此值偏差越大焊接质量越差。下压量对焊接质量的影响较小。在转速1000r/min、焊接速度300 mm/min、下压量0.2 mm下进行重复搅拌,可实现无缺陷焊接;搅拌后核心区和轴肩影响区组织平均晶粒尺寸远小于母材组织。     

Cu-Cr-Zr合金搅拌摩擦焊接接头的组织和力学性能

采用旋转速度为750和1500 r/min,焊接速度为23.5 mm/min的焊接参数分别对时效态和固溶态的3 mm厚的Cu-Cr-Zr合金板进行搅拌摩擦焊接,研究转速及母材区(BM)初始状态对搅拌摩擦焊(FSW)接头的微观组织与力学性能的影响,并对接头的力学性能进行模型化定量分析。结果表明:FSW后,接头晶粒显著细化,沉淀相在搅拌头的高温热作用下固溶在基体中。当BM的初始状态为时效态时,与1500 r/min样品相比,750 r/min样品晶粒尺寸较小且存在沉淀相,750 r/min样品力学性能较高,主要是晶界强化和沉淀强化的作用。当BM的初始状态为固溶态时,与1500 r/min样品相比,750 r/min样品晶粒尺寸较小,力学性能较高,主要是晶界强化的作用。当FSW转速相同时,时效态接头的晶粒尺寸小于固溶态接头,而力学性能高于固溶态接头,主要是由于BM的初始组织状态不同导致的。综合分析表明:FSW过程中选用低转速焊接,可以获得性能较优的接头。     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊组织及性能分析

在不同的焊接工艺参数下对8mm厚的7050-T7451锚合金板进行 了搅拌摩擦焊接实验通过对焊接接头组织的分析,发现焊核区晶粒为明显的细化再结晶等轴晶;热机影响区晶粒沿流线方向拉长且有细小沉淀相在晶界上析出;热影响区的组织发生了晶粒粗化.沿焊缝横截面的显微硬度分布呈高-低-高-低-高的趋势,硬度最低处位于后退侧的热影响区.实验结果表明,在旋转速度为375r/min、焊接速度为100mm/min时,可以获得较好的焊缝组织织,抗拉强度达到了 452MPa.     

退火时间对双向温轧中碳马氏体钢组织演变的影响

利用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)研究了退火时间对双向温轧中碳马氏体钢组织演变的影响规律。结果表明,轧前回火马氏体分解成铁素体和渗碳体颗粒,轧制过程中铁素体发生动态回复和动态再结晶,获得了在铁素体基体上渗碳体颗粒弥散分布的复相组织。轧后铁素体晶粒尺寸为3.14μm,小角度晶界约占49.3%,650℃退火保温1 h,铁素体发生再结晶,平均晶粒尺寸为2.87μm,小角度晶界所占比例减小到46.5%。随着退火时间的延长,平均铁素体晶粒尺寸增加,小角度晶界所占比例逐渐减小。     

低活化铁素体–马氏体钢搅拌摩擦焊接头组织和性能分析

文中对9% Cr低活化铁素体-马氏体钢搅拌摩擦焊接头的组织和性能进行了分析.结果表明,搅拌摩擦焊接头不同区域微观组织存在明显的差异.搅拌区内奥氏体的动态再结晶引起晶粒细化和马氏体转变,并且晶界M₂₃C₆相溶解,晶内M₃C相析出;热力影响区组织变化与搅拌区相似,但晶粒尺寸明显大于母材;热影响区和母材区均表现回火组织特征.搅拌区硬度显著提高,分布均匀;热力影响区硬度值变化较大;热影响区发生软化,其硬度值在接头区域最低.随着拉伸测试温度的增加,搅拌区的屈服强度单调降低,抗拉强度先增大后减小,而断后伸长率先减小后增大.     

新型9Cr-1Mo钢搅拌摩擦焊接头组织及性能

采用钨铼合金搅拌工具对新型9Cr-1Mo钢进行搅拌摩擦焊工艺试验,探讨焊缝成形、组织及性能变化规律. 结果表明,在300和400 r/min的转速,50 mm/min的焊接速度下可获得无缺陷接头;焊缝主要由搅拌区和热力影响区组成,具有明显的马氏体淬硬组织特征;高温热影响区为淬硬马氏体和回火马氏体混合组织,低温热影响区为过回火马氏体组织. 焊缝区具有晶粒细化特征,其晶粒尺寸约为母材69.2%. 焊缝区产生明显硬化,最高硬度约为母材硬度值的2.0倍. 焊接接头抗拉强度达到母材98%以上,搅拌区和热影响区冲击吸收能量分别达到母材的77.8%和87.4%,表明搅拌摩擦焊接头仍具有较好强韧匹配.     

搅拌摩擦焊中动态再结晶及硬度分布的数值模拟

使用率相关弹粘塑性本构模型模拟了搅拌摩擦焊接过程,并着重研究了过程参数对搅拌摩擦焊接动态再结晶过程以及搅拌区内材料硬度的影响．结果表明,在搅拌区内焊接构件上、下表面沿垂直于焊缝方向的硬度分布规律不同．焊接构件顶部材料的硬度分布符合实验得到的结果,即焊缝中心线附近材料硬度较低,热力影响区外材料硬度逐渐升高并最终达到母材的硬度;但是在焊接构件下表面并不显示这一硬度分布规律．搅拌区内材料的硬度与搅拌头转速无明显关系,但随焊速的增加而增加．焊接构件中部材料的晶粒尺寸大于焊接构件底部材料的晶粒尺寸,且搅拌区内晶粒尺寸随搅拌头转速的增加趋于均匀．     

工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

以AZ31镁合金为研究对象,采用数值模拟和工艺试验相结合的方法,系统研究了焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接头温度场分布、微观组织以及力学性能的影响. 有限元数值模拟的结果表明,随着转速的增加或焊接速度的降低,接头产热逐渐增加,接头上层温度明显高于下层温度,说明搅拌摩擦产热主要来源于轴肩的摩擦运动,而搅拌针摩擦运动和材料的塑性变形只提供了少量的产热. 工艺试验结果表明,随着焊接速度的增加,接头晶粒尺寸降低,且组织均匀性得到改善. 随着转速的增加,接头晶粒尺寸不断增大,过渡区晶粒的均匀性变差. 拉伸过程中裂纹在焊核区与热力影响区之间的界面处萌生和扩展. 其中,转速为1400 r/min、焊接速度为300 mm/min的接头具有较好的力学性能,断后伸长率为16.5%,抗拉强度为252 MPa,分别达到母材的75%和90%.     

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.