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工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

李亚杰 李峰峰 吴志生 秦凤明

李亚杰, 李峰峰, 吴志生, 秦凤明. 工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响[J]. 焊接学报, 2020, 41(4): 31-37. doi: 10.12073/j.hjxb.20191210003
引用本文: 李亚杰, 李峰峰, 吴志生, 秦凤明. 工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响[J]. 焊接学报, 2020, 41(4): 31-37. doi: 10.12073/j.hjxb.20191210003
LI Yajie, LI Fengfeng, WU Zhisheng, QIN Fengming. Influence of technological parameters on microstructure and mechanical properties of FSW AZ31 magnesium alloy joints[J]. TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION, 2020, 41(4): 31-37. doi: 10.12073/j.hjxb.20191210003
Citation: LI Yajie, LI Fengfeng, WU Zhisheng, QIN Fengming. Influence of technological parameters on microstructure and mechanical properties of FSW AZ31 magnesium alloy joints[J]. TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION, 2020, 41(4): 31-37. doi: 10.12073/j.hjxb.20191210003

工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

doi: 10.12073/j.hjxb.20191210003
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51275332);国家重点研发计划项目(2018YFA0707305);太原科技大学博士启动金(20182055,20192020,20192071).
详细信息
    作者简介:

    李亚杰,1985年出生,博士,讲师;主要从事金属材料的先进连接技术方面的科研和教学工作;发表论文10余篇;Email:liyajie1207@126.com.

    通讯作者: 秦凤明,博士,讲师;主要从事金属材料热变形方面的科研工作;Email:qinfengming1014@126.com.
  • 中图分类号: TG 407

Influence of technological parameters on microstructure and mechanical properties of FSW AZ31 magnesium alloy joints

  • 摘要: 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%.
  • 图  1  压铸态AZ31镁合金的原始金相组织

    Figure  1.  Original microstructure of die-cast AZ31 magnesium alloy

    图  2  搅拌摩擦焊接有限元模型

    Figure  2.  Finite element model of friction stir welding. (a) schematic diagram;(b) meshing

    图  3  不同焊接时刻焊接板材的温度场分布

    Figure  3.  Temperature distribution at different time. (a) t = 1 s;(b) t = 25 s;(c) t = 40 s;(d) t = 60 s

    图  4  不同转速下焊接板材的温度场分布

    Figure  4.  Temperature distribution in different rotate speeds. (a)1 000 r/min;(b)1 400 r/min;(c)1 800 r/min

    图  5  不同焊接速度下焊接板材的温度场分布

    Figure  5.  Temperature distribution in different welding speeds. (a) 100 mm/min;(b) 200 mm/min;(c) 300 mm/min

    图  6  焊接速度为200 mm/min时不同转速下AZ31镁合金接头不同区域的金相组织

    Figure  6.  Microstructure in different positions of AZ31 magnesium alloy joints with the welding rate of 200 mm/min. (a)1 000 r/min-stir region;(b)1 000 r/min-interface region;(c)1 400 r/min-stir region;(d)1 400 r/min-interface region;(e)1 800 r/min-stir region;(f)1 800 r/min-interface region

    图  7  转速为1400 r/min时不同焊接速度下AZ31镁合金接头不同区域的金相组织

    Figure  7.  Microstructure in different positions of AZ31 magnesium alloy joints with the rotation rate of 1 400 r/min. (a) 100 mm/min-stir region;(b) 100 mm/min-interface region;(c) 300 mm/min-stir region;(d) 300 mm/min-interface region

    图  8  AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的应力−应变曲线

    Figure  8.  Stress−strain curves of FSW AZ31 magnesium alloy joint

    图  9  AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头界面处的EBSD图

    Figure  9.  EBSD maps in interface of FSW AZ31 magnesium alloy joints. (a) 1 000 r/min;(b) 1 400 r/min

    表  1  AZ31镁合金的化学成分(质量分数,%)

    Table  1.   Chemical composition of AZ31 magnesium alloy

    MgAlZnMnFeCaSi
    95.4753.10.890.380.0050.050.1
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    表  2  AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的力学性能指标

    Table  2.   Mechanical performance index of FSW AZ31 magnesium alloy joints

    转速
    n/(r·min−1)
    焊接速度 v/(mm·min−1)抗拉强度 Rm/MPa断后伸长率
    A (%)
    1 4001002635.0
    1 4002002417.5
    1 40030025216.5
    1 0002002275.0
    1 8002001983.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-10
  • 刊出日期:  2020-07-27

工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

doi: 10.12073/j.hjxb.20191210003
    基金项目:  国家自然科学基金资助项目(51275332);国家重点研发计划项目(2018YFA0707305);太原科技大学博士启动金(20182055,20192020,20192071).
    作者简介:

    李亚杰,1985年出生,博士,讲师;主要从事金属材料的先进连接技术方面的科研和教学工作;发表论文10余篇;Email:liyajie1207@126.com.

    通讯作者: 秦凤明,博士,讲师;主要从事金属材料热变形方面的科研工作;Email:qinfengming1014@126.com.
  • 中图分类号: TG 407

摘要: 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%.

English Abstract

李亚杰, 李峰峰, 吴志生, 秦凤明. 工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响[J]. 焊接学报, 2020, 41(4): 31-37. doi: 10.12073/j.hjxb.20191210003
引用本文: 李亚杰, 李峰峰, 吴志生, 秦凤明. 工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响[J]. 焊接学报, 2020, 41(4): 31-37. doi: 10.12073/j.hjxb.20191210003
LI Yajie, LI Fengfeng, WU Zhisheng, QIN Fengming. Influence of technological parameters on microstructure and mechanical properties of FSW AZ31 magnesium alloy joints[J]. TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION, 2020, 41(4): 31-37. doi: 10.12073/j.hjxb.20191210003
Citation: LI Yajie, LI Fengfeng, WU Zhisheng, QIN Fengming. Influence of technological parameters on microstructure and mechanical properties of FSW AZ31 magnesium alloy joints[J]. TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION, 2020, 41(4): 31-37. doi: 10.12073/j.hjxb.20191210003
    • 镁合金具有较高的比强度、较低密度和较好的吸振降噪能力,在一些特殊领域将不断的取代钢铁材料,从而达到节能环保的功效[1-2]. 根据Mises屈服准则,金属及合金具有5个以上的独立滑移系统才能展现良好的塑性变形能力. 然而,六方堆积结构的镁合金,在室温变形时只有两个独立的基面滑移系和孪生系统可以激活,柱面滑移和棱面滑移在高温下才可能启动. 因此,贫乏的塑性变形能力限制了镁合金的实际应用[3]. 同时,由于镁合金热膨胀系数较大,在传统的熔化焊工艺中会产生焊缝和热影响区的晶粒组织粗化等现象,这也限制了焊接在镁合金结构件制备上的应用. 于是,镁合金结构件的生产主要采用压铸成形工艺,而大塑性变形和熔化焊等成形工艺不适用于镁合金的生产. 因此,寻求一种适合镁合金结构件的生产方法成为轻金属材料发展必须攻克的难题.

      搅拌摩擦焊作为一种固态连接技术,其可以成功用于镁合金的生产,补偿镁合金较低的塑性变形能力和延展性[4]. 在焊接过程中通过较强的塑性变形和摩擦产热促进材料的流动与混合. 同时,搅拌头的轴肩对材料施加一定的压应力,保证获得致密度高的无缺陷焊缝[5-6]. 该技术可以通过变形力和摩擦产热共同作用下的再结晶机制细化晶粒组织,实现细晶强化的目的. 这使得以往通过传统焊接方法无法获得良好界面结合的材料连接成为可能,该技术被称为继激光焊后的一种新型固态连接技术,引起业界的广泛关注[7]. 但是,目前广泛报道的搅拌摩擦焊工作大多数都是基于铝合金[8-9]. 对于塑性变形能力较差的镁合金,可以通过搅拌摩擦焊实现结构件的连接. 同时,搅拌摩擦焊还可以实现异种合金的连接,大大拓宽了镁合金的应用领域. 而六方堆积结构的镁合金塑性变形能力差,导致搅拌摩擦焊加工窗口范围狭窄. 此外,压铸态镁合金搅拌摩擦焊工艺以及焊接过程的组织演变比较复杂,现有的研究结果并未形成统一的理论体系,仍然需要进一步的研究,以实现对搅拌摩擦焊工艺参数的优化和接头综合性能的提高.

      文中通过数值模拟和工艺试验相结合的方法,研究搅拌摩擦焊过程的温度场分布规律和显微组织演变规律. 同时,通过力学性能测试研究焊接工艺参数对力学性能的影响规律,进而优化AZ31镁合金的搅拌摩擦焊工艺参数.

    • 试验所用为压铸态AZ31镁合金板材,厚度为6 mm,其化学成分如表1所示. 图1为压铸态AZ31镁合金的原始金相组织,金相试样为垂直于板厚方向切取. 镁合金的金相组织由压扁的细长晶粒组成,为单一的α相,无其它任何析出相存在,由于是压铸态镁合金,因此晶界以锯齿状形貌存在,除了细长的晶粒外,还有少量较小的等轴晶粒. 焊接前先用砂纸对板材表面进行打磨以去除氧化皮,采用乙醇进行清洗. 然后,搅拌摩擦焊设备配备的专用工装将板材固定. 最后,对装配好的AZ31镁合金板材进行焊接,搅拌头倾斜角为3°,搅拌针为带螺纹的圆锥形. 镁合金板材对接的焊接速度为100 ~ 300 mm/min,转速为1 000 ~ 1 800 r/min.

      表 1  AZ31镁合金的化学成分(质量分数,%)

      Table 1.  Chemical composition of AZ31 magnesium alloy

      MgAlZnMnFeCaSi
      95.4753.10.890.380.0050.050.1

      图  1  压铸态AZ31镁合金的原始金相组织

      Figure 1.  Original microstructure of die-cast AZ31 magnesium alloy

      接头样品在经过砂纸磨制和机械抛光等标准制样程序后,采用4.2 g苦味酸、10 mL乙酸、70 mL乙醇和10 mL水组成的混合溶液进行腐蚀. 室温腐蚀后在Zeiss型光学显微镜上进行焊接接头的微观组织观察和分析. 对于需要进行电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)分析的样品,首先进行砂纸磨至3000号,然后采用4%的高氯酸酒精溶液进行电解抛光,电解抛光的电压为25 V. 将制备好的样品在ZEISS ULTRA 55型场发射扫描电镜上进行数据采集,步长为1.0 μm,然后将扫描得到的原始数据在HKL Channel 5软件上进行分析. 拉伸试样是垂直于焊接方向进行切割,焊接接头位于拉伸试样的最中间位置,骨头型板材拉伸试样厚度为5 mm,总长度为160 mm. 在SUNS-UTM5305型液压伺服万能试验机上进行室温拉伸试验,变形速度为3 mm/min.

      采用ABQUS软件进行有限元数值模拟,在搅拌摩擦焊过程中,将拉格朗日有限元方法和欧拉有限元方法进行耦合,称之为拉格朗日−欧拉方法(CEL),搅拌摩擦焊有限元模型如图2所示. 将搅拌头定义成拉格朗日单元,而将工件定为欧拉单元. 在CEL计算分析中,拉格朗日单元和欧拉单元的接触分析是基于罚函数进行耦合的,最后通过调整焊接参数获得不同工艺条件下的温度场分布规律.

      图  2  搅拌摩擦焊接有限元模型

      Figure 2.  Finite element model of friction stir welding. (a) schematic diagram;(b) meshing

    • 为了分析整个焊接过程的温度场变化规律,将模拟过程分为3个阶段,第一阶段为下插阶段(5 s),第二阶段为横移阶段(25 s),第三阶段为冷却阶段(50 s). 转速为1 400 r/min,焊接速度为200 mm/min,搅拌头倾角为3°,下压量为0.2 mm. 通过模拟计算得到焊接板材在不同焊接时刻下的温度场分布云图,如图3所示. 图3at = 1 s时刻的温度场分布云图,只有部分搅拌针与焊接板材发生接触,摩擦产热量较少,热影响区较小,最高温度为75.01 ℃. 当焊接进行到25 s,搅拌针插入完成,轴肩与焊接板材上表面发生接触摩擦,摩擦产热量明显增加,最高温度达到450.78 ℃,热影响区面积也明显增大,如图3b所示. 图3ct = 40 s时刻的稳定焊接阶段的温度场云图,搅拌头旋转运动带动周围的金属发生塑性流动,并产生部分塑性变形能,从而使焊接板材的温度进一步提高,最高温度达到511.21 ℃. 从以上分析可以看出,搅拌摩擦焊接产热主要来源于轴肩与焊接材料间的摩擦产热,而搅拌针搅拌产热以及塑性变形热影响相对较小,这也就造成冠状区存在较粗大的晶粒. 焊接完成,焊接材料进入到冷却阶段,热影响区温度逐渐降低,如图3d所示.

      图  3  不同焊接时刻焊接板材的温度场分布

      Figure 3.  Temperature distribution at different time. (a) t = 1 s;(b) t = 25 s;(c) t = 40 s;(d) t = 60 s

      图4为焊接速度保持200 mm/min恒定时不同转速下焊接板材的温度场分布. 从图4可以看出,当转速从1 000 r/min增加到1 800 r/min时,焊接板材的最高温度从463.11 ℃升高到556.91 ℃,这将导致搅拌区域热输入量明显增加,一方面有益于材料的软化,加速变形材料的流动与混合,另一方面会造成高温区域晶粒粗化,力学性能有所降低. 镁合金的熔点为650 ℃,模拟的结果显示焊接温度均低于焊接板材的熔化温度,可以保证焊接为非熔化态的固相焊接. 此外,随着转速的增加,高于200 ℃的区域面积逐渐增大,也就增大了焊接板材非变形热力影响区的范围.

      图  4  不同转速下焊接板材的温度场分布

      Figure 4.  Temperature distribution in different rotate speeds. (a)1 000 r/min;(b)1 400 r/min;(c)1 800 r/min

      图5为转速保持1 400 r/min恒定时不同焊接速度下模拟计算得到的焊接板材的温度场分布,其具有同图4相反的变化规律,随着焊接速度的增加,焊接材料最高温度不断降低,温度影响区域面积变得逐渐分散. 这主要是由于焊接速度的增加,焊接材料单位时间内吸收的热量降低,从而导致温度影响变小,最高温度从563.33 ℃降低到455.11 ℃.

      图  5  不同焊接速度下焊接板材的温度场分布

      Figure 5.  Temperature distribution in different welding speeds. (a) 100 mm/min;(b) 200 mm/min;(c) 300 mm/min

    • 图6为焊接速度保持200 mm/min恒定时不同转速下AZ31镁合金接头不同区域的金相组织. 由于搅拌摩擦焊过程中会有大量热量产生,导致焊缝金属温度升高,同时焊缝金属还受到较大的剪切变形,这样有助于动态再结晶的发生. 由图6a图6c图6e可以看出,在不同转速下焊缝中心区域的金属均发生充分的再结晶,得到均匀细小的等轴晶组织,晶粒尺寸无明显差别. 但是,由于基体为晶粒粗大的压铸态组织,在焊缝与母材的界面处再结晶程度较低,同时不同参数下焊缝中心区域和母材区域间的过渡区差异很大. 当转速为1 000 r/min时,界面处的过渡较为剧烈,晶粒尺寸差别很大,如图6b所示. 当转速为1 400 r/min时,大量的再结晶晶粒沿着原始晶界形核长大,并呈现出项链形核的形貌特征,并且一些晶粒向原始晶粒内部延伸,伴随着原始晶界的弓出,界面处出现大小晶粒同时存在的混晶状态,缓解晶粒尺寸过渡,如图6d所示. 这主要是由于转速增大到1 400 r/min,接头产热量增加,使得动态再结晶充分被激活,使得过渡区的原始粗大晶粒不断形核细化,从而明显改善过渡区组织分布的均匀性. 当转速增加到1 800 r/min时,可以看到焊缝和母材有着明显的分界线,几乎没有过渡区域,原始的大晶粒没有出现明显的再结晶细化现象,如图6f所示. 这表明该工艺参数下的产热量过大,不适合过渡区组织的细匀化.

      图  6  焊接速度为200 mm/min时不同转速下AZ31镁合金接头不同区域的金相组织

      Figure 6.  Microstructure in different positions of AZ31 magnesium alloy joints with the welding rate of 200 mm/min. (a)1 000 r/min-stir region;(b)1 000 r/min-interface region;(c)1 400 r/min-stir region;(d)1 400 r/min-interface region;(e)1 800 r/min-stir region;(f)1 800 r/min-interface region

      为了分析焊接速度对搅拌摩擦焊接头微观组织的影响,将转速固定为1 400 r/min,焊接速度分别为100和300 mm/min,其不同区域的微观组织如图7所示. 通过对比可以看出,焊接速度为100和200 mm/min时,焊核区组织晶粒尺寸相近,如图6c图7a所示. 当焊接速度增加到300 mm/min,焊核区晶粒出现明显的细化,如图7c所示. 这表明转速为1 400 r/min、焊接速度为300 mm/min的接头可以获得更加充分的再结晶,从而使焊核区晶粒得到明显细化. 通过对比过渡区的组织分布可以看出,焊接速度为100和200 mm/min的组织分布差别不大,如图6d图7b所示. 同样,焊接速度为300 mm/min的接头过渡区的再结晶程度小于焊接速度为200 mm/min的接头,如图7d所示. 众所周知,合适的热输入可以促进搅拌摩擦焊接过程中的动态再结晶启动进而细化焊缝晶粒组织[10]. 然而,过高的热输入温度会导致晶粒粗化. 因此,通过调节焊接过程工艺参数,控制热输入使焊件金属温度略高于其动态再结晶温度,会获得焊缝充分细化的等轴晶组织,有利于焊缝性能的提高[11]. 镁合金搅拌摩擦焊接头的晶粒细化主要取决于再结晶程度,而这主要依赖焊接过程中的变形程度和产热温度. 对于镁合金变形来说,孪生一般发生在早期阶段,虽然孪生对应变的协调作用较小,但是孪生可以改变晶体取向而进一步激活一些滑移系,促进变形和再结晶的继续进行[12-14]. 因此,当焊接速度为300 mm/min,接头过渡区产生一定数量的孪晶,这在一定程度上协调了接头的塑性变形能力.

      图  7  转速为1400 r/min时不同焊接速度下AZ31镁合金接头不同区域的金相组织

      Figure 7.  Microstructure in different positions of AZ31 magnesium alloy joints with the rotation rate of 1 400 r/min. (a) 100 mm/min-stir region;(b) 100 mm/min-interface region;(c) 300 mm/min-stir region;(d) 300 mm/min-interface region

    • 侧向拉伸时,搅拌摩擦焊接头的裂纹优先在前进侧的界面处萌生,恶化接头的力学性能. 图8为AZ31母材以及不同搅拌摩擦焊接头的应力−应变曲线,母材的抗拉强度和断后伸长率分别为271 MPa和22.5%. 由图8可见,搅拌摩擦焊后AZ31镁合金的抗拉强度和断后伸长率都出现了一定程度的降低,这主要是由于接头区域产生明显的织构和不均匀过渡造成的. 当焊接速度为200 mm/min,随着转速的增加,接头抗拉强度和断后伸长率呈现出先增加后降低的变化趋势. 当转速为1 400 r/min时,接头具有较好的力学性能,其屈服强度、抗拉强度和断后伸长率分别为130,241 MPa和7.5%. 而转速为1 000和1 800 r/min的接头强度和断后伸长率都有所降低,其数值如表2所示.

      表 2  AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的力学性能指标

      Table 2.  Mechanical performance index of FSW AZ31 magnesium alloy joints

      转速
      n/(r·min−1)
      焊接速度 v/(mm·min−1)抗拉强度 Rm/MPa断后伸长率
      A (%)
      1 4001002635.0
      1 4002002417.5
      1 40030025216.5
      1 0002002275.0
      1 8002001983.0

      图  8  AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的应力−应变曲线

      Figure 8.  Stress−strain curves of FSW AZ31 magnesium alloy joint

      力学性能测试结果表明,转速为1 400 r/min时接头产热最有利于再结晶,从而细化晶粒. 而当转速增加到1 800 r/min时,接头产热量增多,晶粒细化不明显,如图6f所示,过渡区分布较多的原始大晶粒,明显的降低了接头在拉伸变形过程中的塑性协调能力,从而呈现出较低的力学性能. 而当接头转速为1 400 r/min、焊接速度为100 mm/min时,接头的抗拉强度和断后伸长率分别为263 MPa和5.0%,断后伸长率仅为母材的21%. 随着焊接速度的增加,接头力学性能指标呈现出增加的趋势,当焊接速度增加到300 mm/min,接头断后伸长率达到16.5%,抗拉强度为252 MPa,分别达到母材的75%和90%. 可以看出,提高焊接速度可以明显的改善接头的力学性能,主要基于在合适的工艺参数下可以获得适合接头再结晶的条件,从而使接头具有均匀细小的组织分布. 如图7c图7d所示,焊核区和过渡区的晶粒尺寸明显细化,并且在过渡区出现大量的孪晶,从而导致接头力学性能的提高.

      图9为AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头过渡区EBSD图. 由图9可以看出,焊核区与热力影响区之间界面处的晶粒分布对接头的力学性能的影响较大,因为裂纹是在该区域萌生和扩展的[15]. 当转速为1000 r/min时,界面两侧的晶粒尺寸相差悬殊,没有明显的过渡,如图9a所示. 而转速增加到1 400 r/min时,过渡区域出现大晶粒和小晶粒的混晶区域,缓解变形的应力集中. 由于晶粒尺寸不同,其变形协调能力就不一致,在大晶粒和小晶粒的界面处会造成严重的应力集中,乃至断裂. 而图9b中的混晶过渡区域可以将应力集中在一定程度上缓解,进而改善接头的力学性能.

      图  9  AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头界面处的EBSD图

      Figure 9.  EBSD maps in interface of FSW AZ31 magnesium alloy joints. (a) 1 000 r/min;(b) 1 400 r/min

    • (1) 数值模拟结果表明,随着转速的增加或焊接速度的降低,接头产热量相应的增加,接头上层温度明显高于下层温度,所以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.

      (2) 焊接工艺参数会对搅拌摩擦焊接头的微观组织产生较大影响,随着焊接速度的增加,接头晶粒尺寸降低,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,过渡区均匀性变差.

      (3) 拉伸试验结果表明,转速为1 400 r/min、焊接速度为300 mm/min的接头具有较好的力学性能,接头的断后伸长率达为16.5%,抗拉强度为252 MPa,分别达到母材的75%和90%,归因于该工艺参数下接头焊核区晶粒尺寸细小,而过渡区组织分布较均匀.

参考文献 (15)

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