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.     

焊接参数对5A06铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

采用搅拌摩擦焊工艺对10 mm厚的5 A06铝合金板进行焊接,研究了搅拌头转速(150～400 r/min)、焊接速度(50～200 mm/min)对接头显微组织、拉伸性能和硬度的影响.结果表明:在试验参数范围内焊接均可获得无宏观缺陷且成形良好的搅拌摩擦焊接头;接头焊核区晶粒细小、组织均匀,热机影响区晶粒相比焊核区的粗...     

搅拌摩擦焊接参数对ZK60镁合金接头微观组织和力学性能的影响

采用搅拌摩擦焊接方法对6 mm厚的挤压态ZK60镁合金板材进行焊接.在广泛的焊接参数(600-1200 r/min的旋转速率和50-200 mm/min的焊接速度)下,均得到了高质量的焊接接头.在焊接工具的搅拌和摩擦热的联合作用下,在焊核区形成了细小、均匀的再结晶晶粒,同时MgZn2粒子被破碎并大部分固溶入镁基体.对于ZK60镁合金,MgZn2粒子的弥散强化作用高于晶粒细化的作用,因而焊核区的硬度低于母材,拉伸时接头在焊核区发生断裂.在低热输入焊接参数(≤800 r/min)下,随焊接参数的变化,焊核区晶粒尺寸、焊接接头的抗拉和屈服强度及延伸率变化较小.在高热输入焊接参数(1200 r/min)下,焊核区晶粒明显变大,接头的抗拉和屈服强度略有下降.对焊接接头进行人工时效后,不同热输入条件下得到的焊接接头的强度和延伸率都有明显提高.     

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。     

SiCp/2009Al复合材料搅拌摩擦焊T形接头组织与力学性能

在工具转速800 ~ 1200 r/min、焊接速度100 ~ 150 mm/min的工艺参数下，对6 mm厚的硬态(自然时效态)体积分数为15% SiCp/2009Al复合材料轧制板材进行T形搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)，均获得了致密无缺陷的接头. 结果表明，FSW过程中，剧烈塑性变形使焊核区部分SiC颗粒发生一定程度的破碎，破碎程度随转速的增加而增加，随焊接速度的增加而减弱；焊核区中的微米级强化相发生破碎、溶解，并沿焊核区细晶界面析出. T形接头横板两侧各存在2个低硬度区，靠近焊核区的低硬度区的硬度比远离焊核区的低硬度区的硬度低；固定焊接速度为100 mm/min时，转速从800 r/min增加到1200 r/min时，接头的抗拉强度不变；固定转速为800 r/min时，将焊接速度从100 mm/min增加到150 mm/min时，接头的抗拉强度轻微降低. 接头拉伸过程中在横板与竖板交界处受应力最大，所有接头均在此区域断裂.     

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。     

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。     

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。     

紫铜搅拌摩擦焊接工艺与接头组织性能研究

以10 mm厚T2紫铜为研究对象开展搅拌摩擦焊工艺试验。结果表明,在一定参数范围内,可获得表面成形良好、无内部缺陷的优质接头。接头的宏观截貌由焊核区、热影响区和母材组成,未观察到热机影响区。其中焊核区发生明显的动态再结晶,获得细小等轴晶组织,热影响区晶粒有所长大。接头的显微硬度分布呈"W"形,焊核区和热影响区的硬度值均低于母材,热影响区的硬度值最低,焊核区硬度比较稳定。当转速为400 r/min、焊速为100 mm/min时,接头抗拉强度达到母材的97%。不同参数下接头的断裂位置均位于后退侧热影响区。     

工具转速对搅拌摩擦加工Mg-Zn-Y-Zr耐热镁合金超塑性行为的影响

在800～1600 r/min工具转速和100 mm/min固定行进速度的较宽热输入范围内,对6 mm厚的热挤压态Mg-Zn-Y-Zr耐热镁合金板进行搅拌摩擦加工(FSP),获得了由均匀、细小的等轴再结晶晶粒和细小、弥散的Mg-Zn-Y三元W相构成的FSP样品。随着工具转速的增加,FSP样品中W相被显著细化且分布更加弥散,高角晶界(晶界错配角≥15°)比例明显增加,再结晶晶粒被细化。工具转速的增加使超塑性变形的最佳应变速率和延伸率均显著增加,1600 r/min工具转速的FSP样品在1×10-2s-1的高应变速率和450℃的变形温度下,获得了1200%的最大延伸率。通过对超塑性变形数据进行分析和超塑性样品表面形貌观察可以得出,不同转速下所获得的FSP样品超塑性变形控制机制均以晶界滑移为主。随着工具转速的增加,超塑性动力学被明显加速,在1600 r/min工具转速的FSP样品的超塑性动力学与晶界滑移控制的细晶镁合金超塑性本构方程吻合。     

16mm厚T2铜搅拌摩擦焊组织及接头力学性能分析

选用转速300 r/min、焊速30 mm/min的工艺参数对16 mm厚的T2紫铜厚板进行搅拌摩擦焊接,并对其焊接接头的微观组织、力学性能进行了分析。结果表明,焊核区晶粒尺寸比母材细小,其平均硬度为73 HV,稍高于母材,热影响区和热机影响区硬度较低;焊接接头的抗拉强度为229 MPa,是母材的97%,试样断裂的位置均在前进侧热影响区。X射线衍射结果表明,焊接接头只有Cu,无氧化物和其它金属间化合物产生。     

焊接速度对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响

采用不同的焊接速度对5 mm厚6082-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊接,考察焊接速度对接头宏观形貌、微观组织和力学性能的影响。结果表明,固定旋转速度为1200 r/min,焊接速度为40~200 mm/min时可获得无缺陷的接头,焊接速度提高到400 mm/min时在接头前进侧形成孔洞缺陷。焊核区发生了动态再结晶,形成细小的等轴晶粒。随着焊接速度的增大,焊核区平均晶粒尺寸减小,当焊接速度为200 mm/min时,焊核区平均晶粒尺寸为3.8μm。抗拉强度随着焊接速度的增大先增大后减小,当焊接速度为200 mm/min时,接头的抗拉强度达到最大值236 MPa,为母材的74.0%,断后伸长率为6.3%,断裂发生在后退侧热影响区,断裂机制为韧-脆混合型断裂。     

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。     

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。     

2707超级双相不锈钢搅拌摩擦焊接头焊缝区的微观组织演变

在焊接速度为100 mm/min,搅拌头转速分别为300、400和500 r/min的工艺参数下,对2707超级双相不锈钢进行了搅拌摩擦焊试验,利用扫描电镜的背散射电子成像和EBSD技术对接头焊缝区的微观组织进行了分析。结果表明,转速为300 r/min时,焊缝区铁素体相首先发生动态再结晶,奥氏体相未观察到明显的再结晶;转速为400 r/min时,奥氏体相开始出现动态再结晶。随着转速的增加,铁素体相和奥氏体相都发生了动态再结晶,小角度晶界比例逐渐减小,大角度晶界比例逐渐增加。不同焊接工艺参数下焊缝区两相的晶粒尺寸均小于母材的晶粒尺寸。     

LF2铝合金搅拌摩擦焊接接头的组织与性能

对10 mm厚LF2铝合金搅拌摩擦焊接进行了研究.结果表明:焊接厚板时,为防止出现隧道型缺陷,须在较低的焊速和转速下进行.当焊速为9 mm/min,转速为950 r/mln,焊接输入能量为6 230 W时,接头强度值最高,其值与母材强度值相等.接头处由平均尺寸约为15 μm的均匀细小的晶粒组成;热影响区平均晶粒尺寸较大,其最大值约为28 μm;热机械影响区内组织细长,局部区域最大长度可达到85 μm.焊核区平均硬度与母材相当,中心最高硬度可达HV95,近缝区硬度低于母材硬度.     

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...     

工艺参数影响2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头的成形规律

以在航空领域有广泛应用前景的2 mm厚2060-T8 Al-Li合金为研究对象,进行了搅拌摩擦焊对接接头的试验分析,重点研究焊接工艺参数影响焊接接头成形的规律.研究结果表明,呈碗形的焊缝由轴肩作用区与焊核区组成;轴肩作用区的等轴晶的晶粒大于焊核区.当搅拌头的转速为800 r/min且焊接速度为80 mm/min时,焊接接头的表面成形良好且内部无缺陷.与800 r/min,80 mm/min相比,提高旋转频率或降低焊接速度,焊缝表面变得较粗糙;降低旋转频率或提高焊接速度,焊缝内部会出现隧道型缺陷.     

焊接参数对AlCuLi合金搅拌摩擦焊接头微观结构和力学性能的影响

在不同的搅拌头转速及焊接速度下,对2 mm厚AlCuLi合金进行了搅拌摩擦焊接.结果表明,焊核区由细小等轴再结晶晶粒组成.随搅拌头转速增加,晶粒尺寸逐渐增加;随焊接速度增加,晶粒尺寸略有减小.TEM分析表明,焊核区的析出相大部分溶解,在随后的冷却过程中形成粗大的析出相,而在热影响区析出大量的粗大平衡相.在较低的焊接速度(80 mm/min)下,接头在热影响区的硬度最低点发生断裂,随搅拌头转速增加,接头强度逐渐升高,最高可达母材的87%,延伸率约为10%.而在较高的焊接速度(200 mm/min)下,搅拌头转速较低时,焊核区材料流动不充分,样品在焊核处发生断裂,强度较低,SEM分析表明,断口出现材料流动不充分导致的缺陷;随搅拌头转速增加,断口处缺陷明显减少,对强度影响不显著,接头强度可达母材的84%.