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铝合金搅拌摩擦焊构件时效成形行为研究

作　者: 黎文欢
导　师: 黎俊初
学　校: 南昌航空大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 时效成形搅拌摩擦焊回弹率组织演变
分类号: TG453.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

针对现代飞机机身和机翼结构一改传统铆接装配结构而大量采用整体壁板结构的发展趋势，提出了搅拌摩擦焊构件的时效成形新技术，它为铝合金整体壁板的低成本制造提供了新思路。由于该工艺尚处于初步工艺试验阶段，其成形行为尚未系统研究。本文基于铝合金整体壁板类零件搅拌摩擦焊-时效成形复合加工新思路，采用理论分析、工艺试验及微观分析等方法，开展时效成形行为研究，探索该工艺的实现基础，为该工艺的工程化应用奠定基础。采用自主设计的焊接夹具与时效成形气压加载模具，完成2A12铝合金筋板件的时效成形加工，验证了该复合工艺的可行性。根据理论计算设计了机械加载模具工装，并对焊接板件与非焊接板件时效成形后进行了回弹对比，得到两者的时效成形的回弹差异；分析了焊缝特征区域硬度分布，及强度变化规律，得到搅拌摩擦焊板件经过8h时效处理后，其抗拉强度明显增强，表明时效成形对搅拌摩擦焊板件的强度有一定提升作用。采用金相显微镜及扫描电镜，并结合宏观试验结果对时效成形过程中焊接特征区域的微观组织特性开展了系统研究，结果表明：FSW组织分为焊核区、热机械影响区、热影响区和母材区，焊缝不同区域呈现不同的时效特性。焊核区由于机械搅拌作用产生动态再结晶现象，晶粒异常细小，时效成形后，焊核区晶粒尺寸略有增加，强度和硬度有所下降；热机械影响区晶粒存在一定的变形，时效成形后，该区域组织分布更趋均匀；时效前后，热影响区前进侧均为最薄弱区。该区域在搅拌热的影响下晶粒偏大，时效前已趋于部分过时效，随着时效过程的进行，固溶强化作用和过时效作用并存，该区域强度呈现先增大后减小的趋势，存在最佳时效时间。同时，在热影响区及母材区的晶界处均存在元素偏析现象，出现富Cu区。根据断口形貌特征，时效成形前后的断口均以韧窝形式断裂。对于未焊接板材和FSW板材断口，时效成形后的韧窝均明显多于未时效时，并且尺寸都有所增大，塑性有所提高。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-23
  1.1 选题背景与意义  10-11
  1.2 搅拌摩擦焊技术  11-16
    1.2.1 搅拌摩擦焊技术原理和特点  11-12
    1.2.2 搅拌摩擦焊技术发展与应用  12-16
  1.3. 时效成形技术  16-22
    1.3.1 时效成形技术原理与特点  16-17
    1.3.2 时效成形技术国内外发展与应用  17-22
  1.4 本课题主要研究内容  22-23
第2章试验工艺方法  23-33
  2.1 试验材料  23
  2.2 试验流程  23-24
  2.3 搅拌摩擦焊筋板件复合时效成形工艺试验  24-33
    2.3.1 试验模具及设备  24-28
    2.3.2 搅拌摩擦焊蠕变时效复合工艺试验步骤  28-33
第3章时效成形工艺研究  33-48
  3.1 T型搅拌摩擦焊筋板件时效成形分析  33-34
  3.2 FSW板件符合蠕变条件的理论计算  34-38
  3.3 实验方案与结果分析  38-46
    3.3.1 回弹结果与分析  38-40
    3.3.2 拉伸试验结果与分析  40-44
    3.3.3 硬度测量结果与分析  44-46
  3.4 本章小结  46-48
第4章时效成形过程微观机理研究  48-75
  4.1 金相观察与分析  48-51
  4.2 SEM及EDS观察与分析  51-71
    4.2.1 相变理论及形貌特征  51-55
    4.2.2 母材区元素分析  55-63
    4.2.3 热影响区的元素分析  63-68
    4.2.4 焊核区的元素分析  68-71
  4.3 断口分析  71-74
  4.4 本章小结  74-75
第5章结论与展望  75-78
参考文献  78-83
攻读学位期间发表文章  83-84
致谢  84-85

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