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镁铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头组织及性能研究

作　者: 付宁宁
导　师: 葛继平
学　校: 大连交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 镁合金铝合金搅拌摩擦焊搭接金属间化合物
分类号: TG453.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

镁合金和铝合金具有密度小、比强度高、比刚度高等特点,广泛应用于航空航天、轨道交通及汽车等工业领域,为了降低自重,将镁合金和铝合金连接成复合结构就显的尤为重要。本文以3mm厚5083铝合金和AZ31镁合金板材为试验材料,研究了不同焊接参数对镁铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头的微观组织、力学性能及显微硬度的影响,对拉剪断口进行断口SEM及XRD衍射分析,并对接头过渡区析出物进行EDS能谱分析,得出以下主要结论：当选用适当的焊接参数时,可以得到表面成型良好的搭接接头,当焊接参数选择不当时,会产生飞边、沟槽、弱连接、孔洞和隧道缺陷等；通过对搭接接头过渡区进行分析可知,在镁铝界面处形成了一个不同于两侧母材的过渡层,在过渡层中,镁元素的扩散量大于铝元素的扩散量,同时生成了大量树枝状晶Mg17Al12和柱状晶A13Mg2；当焊接速度一定时,随着旋转速度的增加,接头剪切强度先增大后降低,当旋转速度一定时,随着焊接速度的增大,剪切强度先增大后降低,当焊接速度50 mm/min,旋转速度1350r/min时,剪切强度达到最大值81.6MPa；铝侧的拉剪断口是由“小塑坑”和解理断口组成的混合型断裂,主要由Al固溶体、Mg固溶体及少量的金属间化合物Mg17Al12、A13Mg2组成,镁侧断口为脆性的解理断口,主要由Mg固溶体、Al固溶体和少量的Mg17Al12组成；搭接接头中镁合金和铝合金横向显微硬度都近似成“W”型分布,其中上板铝合金母材硬度值最高约为98.2HV,焊缝中心硬度约为94.65HV,硬度最低值出现在前进侧热影响区,约为76.2HV,下板镁合金硬度最高值出现在焊缝中心处,约为81.8HV,其硬度值略微高于镁合金母材硬度,硬度最低值出现在轴肩下方区域,约为61.9HV。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-27
  1.1 引言  10
  1.2 搅拌摩擦焊及其特点  10-14
    1.2.1 搅拌摩擦焊原理  10-11
    1.2.2 搅拌摩擦焊特点  11-13
    1.2.3 搅拌头研究现状  13-14
  1.3 搅拌摩擦焊的应用  14-16
    1.3.1 FSW在造船业的应用  14
    1.3.2 FSW在飞机制造业中的应用  14-15
    1.3.3 FSW在铁道车辆中的应用  15-16
    1.3.4 FSW在汽车中的应用  16
  1.4 搅拌摩擦焊搭接工艺研究现状  16-19
    1.4.1 同种材料的搅拌摩擦焊搭接工艺研究现状  17-18
    1.4.2 异种材料的搅拌摩擦焊搭接工艺研究现状  18-19
  1.5 镁铝异种金属焊接  19-25
    1.5.1 镁铝异种金属的焊接特点  20-22
    1.5.2 镁铝异种金属连接的研究现状  22-25
  1.6 本课题研究意义与主要内容  25-27
    1.6.1 研究意义  25-26
    1.6.2 研究内容  26-27
第二章试验材料与方法  27-36
  2.1 试验材料  27
  2.2 焊接设备  27-29
    2.2.1 搅拌摩擦焊机  27-28
    2.2.2 焊接夹具  28-29
    2.2.3 搅拌头的设计与制备  29
  2.3 焊接工艺及参数  29-30
  2.4 金相组织观察  30-31
  2.5 拉剪试验及断口形貌分析  31-33
  2.6 维氏硬度试验  33-35
  2.7 拉剪断口XRD分析  35
  2.8 接头过渡区EDS能谱分析  35
  2.9 本章小结  35-36
第三章试验结果与讨论  36-60
  3.1 焊缝宏观形貌  36-38
  3.2 搭接接头显微组织分析  38-44
    3.2.1 搭接接头横截面组织形貌  38-39
    3.2.2 搭接接头金相组织  39-44
  3.3 拉剪试验结果分析  44-49
    3.3.1 旋转速度对搭接接头剪切强度的影响  45-46
    3.3.2 焊接速度对搭接接头剪切强度的影响  46-47
    3.3.3 拉剪断口形貌分析  47-48
    3.3.4 拉剪断口XRD衍射分析  48-49
  3.4 显微硬度试验结果及分析  49-55
    3.4.1 镁铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头的显微硬度  49-52
    3.4.2 焊接速度对搭接接头显微硬度的影响  52-54
    3.4.3 旋转速度对搭接接头显微硬度的影响  54-55
  3.5 搭接接头过渡区组织及元素扩散特征  55-58
    3.5.1 过渡区显微组织  55-56
    3.5.2 过渡区析出物成分  56-57
    3.5.3 过渡区元素扩散特征  57-58
  3.6 本章小结  58-60
第四章镁铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头缺陷分析  60-64
  4.1 引言  60
  4.2 镁铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头表面缺陷  60-61
    4.2.1 飞边  60-61
    4.2.2 沟槽  61
  4.3 镁铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头内部缺陷  61-63
    4.3.1 孔洞和隧道型缺陷  61-62
    4.3.2 弱连接  62-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章结论及展望  64-66
  5.1 结论  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间发表的学术论文  69-70
致谢  70

镁铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头组织及性能研究

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