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控冷条件下高强铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

作　者: 孙增强
导　师: 付瑞东
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: 高强铝合金搅拌摩擦焊控制冷却组织力学性能
分类号: TG407
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文是为了寻求一种提高7050高强铝搅拌摩擦焊接焊接头强度与韧性的优化工艺,在空气、20℃水下、100℃水下不同控制冷却条件下进行搅拌摩擦焊焊接,研究不同控制冷却条件下焊接工艺对接头各区域组织与力学性能的影响规律。结果表明:不同的控制冷却条件下,搅拌摩擦焊接头焊核区、热机影响区、热影响区组织均发生了明显变化。焊核区晶粒尺寸与母材相比都得到了细化,20℃水下晶粒尺寸最小、100℃水下次之,空气中最大。热影响区的范围随焊接环境温度的升高逐渐变宽,并且与母材有明显的分界。搅拌摩擦焊接头焊核区、热影响区DSC分析表明,随着转速的提高和焊接环境温度的升高,强化相析出量增多。不同的控制冷却条件下,搅拌摩擦焊接头性能也发生了显著的变化。在相同冷却条件下,焊接接头的抗拉强度随转速的提高而升高。随着焊接环境温度的升高,接头抗拉强度和硬度逐渐提高。焊接接头的延伸率在20℃水下最低,空气次之,100℃水下最高。拉伸断裂位置多在热影响区处,断口均呈现以韧窝为主的韧性断裂特征。100℃水下转速为800 rpm的条件下,搅拌摩擦焊接头获得了最高的抗拉强度与最大的延伸率。由此可见,控制冷却是一种有效提高搅拌摩擦焊接头强度与韧性的工艺方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-22
  1.1 选题背景  10-11
  1.2 搅拌摩擦焊的工作原理及特点  11-13
  1.3 搅拌摩擦焊的研究现状及工业应用  13-17
    1.3.1 高强铝合金搅拌摩擦焊的研究现状  13-14
    1.3.2 搅拌摩擦焊的工业应用  14-17
  1.4 影响高强铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的因素  17-19
    1.4.1 焊前母材的状态  17
    1.4.2 搅拌工具及工艺参数  17-18
    1.4.3 焊接接头缺陷  18
    1.4.4 焊后热处理  18-19
  1.5 高强铝合金搅拌摩擦焊接头的强化原理  19
  1.6 国内外控冷条件下搅拌摩擦焊的研究现况  19-20
  1.7 本文研究的内容及其意义  20-22
第2章试验材料及试验方法  22-26
  2.1 试验材料及试验方法  22-23
    2.1.1 试验材料  22
    2.1.2 焊接设备及工艺参数  22-23
  2.2 组织观察与性能测试  23-25
    2.2.1 金相组织观察  23-24
    2.2.2 拉伸试验  24
    2.2.3 断口观察  24
    2.2.4 硬度分析  24-25
  2.3 差示扫描量热分析(DSC)  25-26
第3章搅拌摩擦焊接头组织分析及表征  26-46
  3.1 搅拌摩擦焊接头金相组织观察  26-29
    3.1.1 母材区金相组织  26-27
    3.1.2 热影响区金相组织  27
    3.1.3 热机影响区金相组织  27-28
    3.1.4 焊核区金相组织  28-29
  3.2 不同控制冷却条件下的焊接接头全貌  29-32
    3.2.1 空气中搅拌摩擦焊接头全貌  29-30
    3.2.2 20℃水下控冷条件下搅拌摩擦焊接头全貌  30-31
    3.2.3 100℃水下控冷条件下的搅拌摩擦焊接头全貌  31-32
  3.3 接头焊核区的晶粒尺寸统计  32-33
  3.4 焊接接头组织中强化相DSC 分析  33-45
    3.4.1 相同控冷条件不同焊接参数焊核区与热影响区DSC 分析  35-40
    3.4.2 相同参数不同控冷条件下的焊核区与热影响区DSC 分析  40-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章搅拌摩擦焊接头力学性能及断裂机制  46-66
  4.1 接头力学性能分析  46-49
    4.1.1 不同控冷条件下焊接头拉伸工程应力应变曲线  46-47
    4.1.2 焊接转速与接头抗拉强度的关系  47-48
    4.1.3 焊接转速与接头延伸率的关系  48-49
  4.2 焊接接头拉伸断口分析  49-61
    4.2.1 焊接接头宏观断裂位置观察结果  49-51
    4.2.2 焊接接头微观断口观察结果  51-61
  4.3 接头硬度分布  61-62
  4.4 断裂机制分析讨论  62-63
    4.4.1 接头焊核区断裂  62-63
    4.4.2 接头热影响区断裂  63
  4.5 本章小结  63-66
结论  66-67
参考文献  67-74
攻读硕士学位期间承担的科研任务及研究成果  74-75
致谢  75-76
作者简介  76

控冷条件下高强铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

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