異種鋁合金攪拌摩擦焊接頭組織與力學(xué)性能的研究.pdf

1、目前鋁合金結(jié)構(gòu)在高速列車制造中有著廣泛運用，但傳統(tǒng)熔焊進(jìn)行焊接時容易出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺欠，攪拌摩擦焊（FSW）是固相連接方法，不存在熔焊導(dǎo)致的氣孔、裂紋等問題，目前已成為國際上高速列車制造的發(fā)展趨勢和研究熱點。6N01、7N01鋁合金正廣泛應(yīng)用于我國高速列車的制造領(lǐng)域，在枕梁等構(gòu)件中它們的連接問題不可避免。由于兩種鋁合金的材質(zhì)、沉淀行為不一致，傳統(tǒng)弧焊方法焊接時對焊接材料及工藝要求很高，而FSW不需要填充材料，接頭性能也普遍優(yōu)于弧焊接頭

2、，因此開展高速列車用6N01、7N01鋁合金FSW接頭組織性能的研究，對于降低列車制造成本、提高列車可靠性具有重要意義。
　　FSW接頭兩側(cè)不對稱，因此兩側(cè)的材料設(shè)置對接頭組織性能可能存在一定影響，本文首先對不同材料設(shè)置下的兩類異種鋁合金FSW接頭組織轉(zhuǎn)變機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：FSW接頭由焊核區(qū)（WNZ）、熱機(jī)影響區(qū)（TMAZ）、熱影響區(qū)（HAZ）及母材（BM）組成。WNZ以細(xì)小等軸晶為主；TMAZ在塑性金屬的擠壓作用下形成彎

3、曲的變形晶，前進(jìn)側(cè)變形程度更大；HAZ僅受熱作用，晶粒發(fā)生粗化。在6N01鋁合金一側(cè)，母材以尺寸在20nm到40nm之間的針狀β''相為主；焊核區(qū)和熱機(jī)影響區(qū)沉淀相均固溶于基體；熱影響區(qū)中β''相將發(fā)生粗化或轉(zhuǎn)變?yōu)闂U狀β'相，材料設(shè)置會對熱影響區(qū)中β''相的轉(zhuǎn)變程度造成影響。
　　對不同材料設(shè)置下的異質(zhì)接頭性能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：異質(zhì)接頭中6N01鋁合金一側(cè)為薄弱側(cè)，該側(cè)硬度由BM到HAZ逐漸降低，HAZ到WNZ有所升高，拉伸、疲勞斷裂

4、均發(fā)生在該側(cè)HAZ。此外，材料設(shè)置對接頭性能有一定影響，當(dāng)6N01鋁合金位于前進(jìn)側(cè)時，接頭的強(qiáng)度提高約3％、沖擊韌性提高近一倍，HAZ軟化區(qū)范圍更窄，但疲勞性能降低15.5MPa，兩類接頭彎曲性能均良好。
　　6N01鋁合金中β''相強(qiáng)化效果最好，HAZ中β'相大量析出導(dǎo)致該處成為接頭薄弱處，母材沉淀相以β''相為主，位錯阻力最大，硬度值最高，焊核區(qū)中固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化效果最好，熱機(jī)影響區(qū)中的固溶強(qiáng)化效果及較高的位錯密度均使得硬度