关键字 |
| 搅拌摩擦焊接，显微组织，力学性能。 |
介绍 |
| 搅拌摩擦焊(FSW)是一种新型焊接技术，在航空航天和汽车领域的高性能应用。与传统焊接技术相比，搅拌摩擦焊技术极大地减少了变形和残余应力的存在[2-4]。 |
| 在摩擦焊接过程中，通过特殊设计的旋转工具，在待连接的两块板的焊缝表面产生摩擦热，沿接触板的长度向下传播，从而完成连接。雷竞技网页版这通过相关的搅拌作用产生了高度塑性变形区。从连接角度看，变形可以描述为刀具压力和推进的锻造和销轴旋转[1]引起的沿销轴的挤压。局部热-机械影响区是由刀肩与板顶表面的摩擦热以及与刀具[5]接触的材料的塑性变形产生的。雷竞技网页版 |
| FSW工艺是一种固态连接工艺，因此焊缝中不存在凝固组织。与枝晶间脆性和共晶相的存在有关的问题被消除了。通过开发这种技术，最重要的事实之一是不同铝合金接头[7]的可能性。 |
| 关于这一领域的文献中有许多论文。一些作者证明了强异种铝合金的焊核组织主要固定在材料[8]的后退侧。Murr等[9]研究了不同铸造铝合金的搅拌摩擦焊性能。并对异种铝合金接头的腐蚀敏感性进行了研究。 |
| 在[11]中广泛研究了不同焊缝的微观结构演变随工艺参数的变化，表现出AA6061-AA2024材料的行为。虽然已经发表了大量关于不同FSW接头的研究，但关于此类焊缝疲劳性能的论文很少。特别是参考焊接参数的影响。 |
| 采用搅拌摩擦焊接方法，在不同焊接条件下对不同成形铝合金进行了连接。根据工具旋转方向与板行进方向的关系，搅拌区两侧分为后退侧和前进侧，如图1所示。本研究的目的是评价每种材料的固定位置、旋转速度和焊接速度下的显微组织和力学性能。 |
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实验的程序 |
| 本研究使用的材料为6061T-6铸造变形铝合金，其尺寸为长100mm，宽50mm，厚6mm。化学成分列于表1。 |
| FSW有许多焊接参数，如材料的固定位置，工具(包括肩和探头)材料，工具转速，焊接速度和工具的角度。在本研究中，仅改变材料固定位置，其他参数固定在刀具转速800 rpm，焊接速度50 mm/min，轴向力为8 kN。刀具采用高碳高铬钢制造，肩径18mm，销径6mm，六角销长5.8 mm。焊接工具顺时针方向旋转，试件被紧紧固定在垫板上。 |
| 用维氏压头在垂直于焊接方向的横截面上测量焊缝区的维氏硬度值，负载100gf，持续10 s。拉伸试验在室温下使用Instrontype试验机进行，横头速度为1.67 x 10-2 mm/s。为确定搅拌区抗拉强度，用电火花机(EDM)沿焊缝横向切割拉伸试样。 |
| 用光学显微镜(OM)观察了焊缝区与未受影响母材之间的微观组织变化。由于每种材料对凯勒腐蚀剂的腐蚀反应不同，焊接区组织易于区分6061-T6铸造铝合金和变形铝合金。 |
结果与讨论 |
| 不同成形的6061-T6铸造铝合金和变形铝合金通过fswa成功连接，无论焊接条件如何，焊缝顶部和后表面均无气孔和缺陷。 |
| 图2为不同焊接条件下搅拌摩擦焊板的图像。从不同材料的腐蚀反应来看，6061-T6变形铝合金在搅拌区比6061-T6铸造铝合金的颜色更深。当铸铝合金固定在后退侧时，在搅拌区占较大比例的是较浅的颜色区域，估计为6061-T6铸铝合金的颜色区域。而在后退侧固定变形铝合金时，搅拌区组织主要由6061-T6变形铝合金组成。因此，搅拌区微观结构主要取决于固定在后退侧的物料和部分前进侧的物料。 |
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| 在部分搅拌区观察到明显的洋葱圈图案，并以每种材料的堆叠结构为特征。根据每种物料的固定位置，搅拌区的面积表现几乎相同。但由于冷却速度的不同，搅拌区面积随转速的增加而略有减小。图3显示了贱金属的微观结构。6061-T6铸造铝合金(a)的枝晶组织由初生α相和Al - si共晶组织组成。由于6061-T6铸造铝合金中Si含量低于Al - Si共晶点成分，初生α相的体积分数远大于Al - Si共晶组织。 |
| 图4为退边固定6061-T6铸造铝合金时焊缝区域的显微组织。搅拌区推进一侧(a)为6061-T6变形铝合金细晶再结晶组织。其晶粒尺寸比6061-T6铝合金母材小得多。在搅拌区后退一侧连续观察到洋葱圈图案(b)，在搅拌区前进一侧随机观察到洋葱圈图案。洋葱圈是由6061-T6铸造铝合金和6061-T6变形铝合金依次叠层形成的层状结构，其宽度相同。搅拌区上部(c)为略拉长和再结晶的6061-T6变形铝合金和稀疏分散的Si颗粒。在搅拌区的中心区域(d)和其他未观察到洋葱圈图案的区域，Si颗粒分布均匀，而6061-T6铸造铝母金属的共晶Si颗粒部分分布。 |
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| 图5为6061-T6变形铝合金在后退侧固定时焊缝区组织。推进侧过渡区(a)为与6061-T6铸造铝合金相关的组织，分散Si颗粒沿刀具旋转方向排列。在搅拌区还观察到层状洋葱圈图案(b)。但各层宽度与图4(b)有一定差异。 |
| 6061-T6变形铝合金层的宽度大于6061-T6铸造铝合金层的宽度。(c)处为搅拌区主导组织，6061-T6变形铝合金晶粒组织细小等轴，6061-T6铸造铝合金无裂纹。搅拌区中心区域(d)显示每种材料的旋流和涡状图案，显微再结晶6061-T6变形铝合金和薄分布的Si颗粒。 |
| 如图6所示为根据材料固定位置，焊缝区域附近的截面硬度分布图。搅拌区硬度低于6061-T6锻造铝合金，但高于6061-T6铸造铝合金。此前有报道解释，6061-T6变形铝合金等沉淀硬化铝合金的搅拌区软化主要是由于焊接热循环过程中的析出相行为[12,13]。6061-T6铸造铝合金搅拌区硬度的提高是由于均匀分布的Si颗粒[14]引起的。当6061-T6变形铝合金固定在后退侧时，搅拌区硬度较高。这一结果可以用搅拌区的主要微观结构来解释。 |
| 图7显示了各条件下的横向抗拉强度。6061-T6铸造铝合金的搅拌区强度固定在后退侧，极限抗拉强度(UTS)为188MPa，屈服强度(YS)为112MPa。将6061-T6变形铝合金固定在后退侧时，焊接区强度为UTS为206 MPa, YS为127MPa。当6061-T6变形铝合金固定在后退侧时，焊缝区域的强度较高。 |
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结论 |
| 1.在较窄的焊接条件范围内获得了无缺陷的6061-T6铸造变形铝合金接头。 |
| 2.搅拌区微观结构主要取决于退边物料。 |
| 3.当6061-T6变形铝合金固定在后退侧时，搅拌区硬度和拉伸性能均有较高的数值。这一结果与搅拌区复杂的微观结构有关。 |
参考文献 |
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