搅拌摩擦焊焊接5083铝合金板材焊核区的晶体取向

采用搅拌摩擦焊焊接了5083铝合金板材,借助电子背散射衍射技术和取向成像分析软件,对比性地分析了母材和焊核区的晶粒形貌、取向差分布、织构组分及取向分布函数,分析了焊核区晶体取向的变化.结果表明,在热-力作用下,焊核区发生动态再结晶,显示等轴晶粒形貌,平均晶粒尺寸约为15.8μm,同时大角度晶界比例明显增加.母材的黄铜织构B{011} <211> 和S织构{123} <634> 的比例分别达到30.6%和13.6%以上;搅拌摩擦焊后,焊核区的B织构和S织构的比例分别降至4%和1.8%,原位再结晶形成的R{124} <211> 织构组分约为7.7%,焊核区其它常见面心立方金属织构组分的比例均低于8%,意味着焊核区由强取向组织转变为弱取向组织.     

6061-T6/7075-T6异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

利用搅拌摩擦焊实现了2 mm厚7075-T6/6061-T6异种铝合金连接,并对材料放置位置和转速对接头成形与组织性能的影响进行了分析. 结果表明,7075-T6铝合金置于前进侧时更有利于焊接过程中材料的迁移行为,焊缝成形及接头性能更优.当焊接速度为150 mm/min、转速为1 000 r/min时,可获得内部无明显缺陷、外观良好的异种铝合金接头;相较于母材,热力影响区的小角度晶界含量增加,焊核区发生动态再结晶,小角度晶界转化为大角度晶界;接头拉伸性能随转速的增加,呈现先增加后减小的趋势.接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别达到231 MPa和4.0%. 接头的断裂位置位于6061侧焊核区,与接头硬度最小位置相吻合.     

铝/镁异种材料搅拌摩擦焊接头的组织演化与断裂行为研究

对1060铝和AZ31B镁合金进行异种材料搅拌摩擦对接焊试验,研究了接头的显微组织、织构分布和力学性能。结果表明:从焊核区中心至镁侧热力影响区,平均晶粒尺寸逐渐增大,再结晶分数和大角度晶界占比逐渐降低,微观织构从0001‖WD逐渐转变为0001‖TD。接头焊核区的显微硬度相较母材的增加,由于焊核区和镁侧热力影响区晶粒尺寸的差异,镁侧热力影响区/焊核区界面处显微硬度发生突变。接头的抗拉强度和伸长率分别为75.6 MPa和0.6%,接头的断裂位置为镁侧热力影响区/焊核区界面处,断裂方式为脆性断裂。     

5A06-6063铝合金相对位置对搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

对4 mm厚的5A06和6063铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验,主要研究异种铝合金母材相对位置对接头成形、组织及力学性能的影响。实验结果表明:当6063铝合金固定在前进侧时,母材流动充分、混合均匀,接头质量优良;前进侧热影响区晶粒比其固定在后退侧相应位置的晶粒更细,焊核区发生动态再结晶过程,形成细小等轴的晶粒;接头硬度分布规律呈"W"型,但焊核区和热影响区的硬度比其置于后退侧的硬度波动要小,并且前进侧热影响区最低硬度值也更高;接头抗拉强度比5A06铝合金在前进侧时要高,断口微观形貌呈韧窝状并有撕裂棱。     

强制冷却搅拌摩擦加工2024铝合金晶粒特征

在强制冷却环境下,对2024铝合金进行了搅拌摩擦加工,并采用电子背散射衍射技术对加工后各区域的晶粒特征及演化进行了研究。结果表明,从母材区、热机影响区到搅拌区,晶粒尺寸逐渐减小,搅拌区组织明显细化,且分布均匀,平均晶粒尺寸为1.89μm。母材区大角度晶界居多,而热机影响区小角度晶界居多,搅拌区取向差分布呈现双峰现象。母材区为{124}211R取向,热机影响区主要为{001}110R-cube取向,搅拌区表现出较强的{113}110取向,热机影响区晶粒取向与搅拌区晶粒取向相近,表明在低温高应变条件下连续动态再结晶是搅拌区晶粒细化的主要机制。拉伸试样的断裂位置位于热机影响区,这与{001}110R-cube取向的可动滑移系数量和滑移难易程度一致。     

2A12/7075异种铝合金搅拌摩擦焊接头的组织及性能

对航空用5 mm厚的2A12/7075异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能进行了研究。结果表明：当旋转速度为1000 r/min,焊速80 mm/min,7075铝合金置于前进侧时,接头焊核区出现了洋葱环,该区域为细小均匀分布的等轴晶组织,晶粒平均尺寸为5.7 μm;两侧热影响区晶粒都有所长大,但前进侧热影响区更为明显。整个接头的显微硬度分布呈“W”型,最高硬度值出现在焊核区中心,达146.5 HV0.2,前进侧硬度较回退侧下降明显。接头抗拉强度达到392 MPa,分别是2A12铝合金母材强度的84.5%,是7075母材的71.1%,断裂位置处于前进侧热影响区。     

异种搅拌摩擦焊接AA2024-7075接头沿厚度方向上的电子背散射衍射分析

本研究以5mm厚的AA2024-T351和AA7075-T651铝合金板材进行搅拌摩擦对接焊,研究了异种铝合金搅拌摩擦焊AA2024-7075接头焊核区沿厚度方向的微观组织演化。研究结果表明：焊核区的晶粒尺寸从焊缝顶部到底部依次降低。轴肩区和焊缝底部区域的再结晶组分低于焊缝中心区。焊核区形成了简单的剪切织构且织构分布并不均匀。轴肩区主要是B 和?B织构组分,而底部区域主要是A 和?A织构组分,C织构组分则出现在中心区域。中心区域的织构强度低于焊核顶部和底部区域,这主要是由于该区域出现了洋葱环,是材料混合区域,使得晶粒取向更为随机。     

异种铝合金搅拌摩擦焊AA2024-AA7075接头沿厚度方向上的EBSD分析（英文）

对5 mm厚的AA2024-T351和AA7075-T651铝合金板材进行搅拌摩擦对接焊,采用电子背散射衍射(EBSD)法研究了异种铝合金搅拌摩擦焊AA2024-7075接头焊核区沿厚度方向的微观组织演化。结果表明:焊核区的晶粒尺寸从焊缝顶部到底部依次降低。轴肩区和焊缝底部区域的再结晶组分低于焊缝中心区。焊核区形成了简单的剪切织构且织构分布不均匀。轴肩区主要是B和■织构组分,而底部区域主要是A和■织构组分,C织构组分则出现在中心区域。中心区域的织构强度低于焊核顶部和底部区域,这主要是由于该区域出现了洋葱环,是材料混合区域,使得晶粒取向更为随机。     

2195-T6铝锂合金搅拌摩擦焊接头微观组织结构与力学性能

采用搅拌摩擦焊对2 mm厚的2195-T6铝锂合金进行焊接,利用OM,SEM,EBSD等分析技术探讨焊接速度对接头组织结构与力学性能的影响. 结果表明,搅拌头转速为800 r/min、焊接速度在120 ~ 210 mm/min范围内,焊核区晶粒均较为细小,平均晶粒尺寸约为1 μm. 随着焊接速度的提高,大角度晶界含量增大,焊核区的{110}<110>织构和{011}<100>戈斯织构消失. 接头硬度的最低值均出现在后退侧热影响区,且在焊接速度为180 mm/min时,接头的抗拉强度与断后伸长率达到最大值,最大抗拉强度为467 MPa,约为母材的86.3%,此时断后伸长率为5.0%,断裂模式为韧性断裂,但断口呈现一定的脆性断裂特征.     

AZ80镁合金搅拌摩擦焊缝硬度性能分析

AZ80镁合金搅拌摩擦焊成形时,接头组织承受摩擦受热、升温及降温.探讨了接头不同区域由于受热程度不同、冷却速度不同,产生组织晶粒大小不同,显微硬度不同.结果显示:焊核区在接头中硬度最低,而下部焊核在中心焊核中,硬度最高,晶粒最小;热机影响区硬度大于焊核区,相应组织较粗大及母材挤压成形流线影响仍大;热影响区硬度更接近母材,组织接近母材,受挤压形成的织构强化、应变硬化仍存在;前进侧硬度比后退侧的小,前进侧的组织比后退侧的组织粗大.     

Microstructure and Mechanical Properties of Friction Stir Welded 5083 and 7075 Aluminum Alloys

Through microscopy, mechanical testing, and numerical modeling, the microstructure and mechanical performance of friction stir welded aluminum alloys 7075-T651 and 5083-H111 were characterized. In particular, the influence of the weld configuration, i.e., the locations of the 7075 and 5083 alloys alternately on the advancing and retreating sides, on material flow, microstructure, and mechanical properties was considered. Thermographic data in conjunction with a process simulation demonstrated that the weld configuration significantly impacts heat generation during friction stir welding. The microstructure in the stir zone was a clear visualization of the material flow and was characterized by a vortex-like structure with alternating bands of the alloys being joined. These bands differed in elemental content and grain size. The microstructure became more complex when greater heat generation (higher temperatures) occurred. The weld configuration strongly influenced the material flow, but did not impact the tensile properties (such as yield strength, tensile strength, and elongation). The configuration of 5083 on the advancing side and 7075 on the retreating side produced the most uniform material flow. The joint efficiencies of all tested welds were above 100%.     

35mm厚板铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

采用搅拌摩擦焊双面焊工艺,对35 mm厚板6005A-T6铝合金型材进行了搅拌摩擦焊接,获得成形良好、表面光滑、无隧道孔和沟槽缺陷的焊接接头.应用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及电子拉伸试验机等对搅拌摩擦焊接头组织与性能进行研究.结果表明,接头焊核区组织为细小等轴晶;前进侧出现明显的螺旋纹及清晰的结合线,热力影响区晶粒被明显拉长呈条状组织,热影响区受热晶粒粗大;后退侧未见螺旋纹,晶粒比前进侧细小,过渡区较前进侧宽.在搅拌头旋转频率为650 r/min,焊接速度为200 mm/min工艺条件下接头抗拉强度为213 MPa,达到母材强度的84.8%,断裂起始于焊缝前进侧的热影响区,扩展至双面焊接重合区时,沿着焊缝后退侧热影响区直至断裂;接头显微硬度最低值出现在前进侧热影响区,最低值为50 HV.     

5052铝合金FSW接头组织和力学性能

采用搅拌摩擦焊焊接8 mm厚5052-O铝合金,并对焊接接头进行了显微组织观察和力学性能测试。结果表明:接头组织左右不对称,前进侧与母材分界线较明显,后退侧与母材分界线较模糊;焊接接头抗拉强度平均值为193.5 MPa,接头强度可达母材的99%,伸长率可达母材的84%;焊接接头正弯角和背弯角均可达到180°,弯曲性能良好;焊核区显微硬度约为72 HV,略高于母材,硬度最低点出现在前进侧熔合过渡区。     

Effect of post-weld heat treatment on joint properties of dissimilar friction stir welded 2024-T4 and 7075-T6 aluminum alloys

The effect of post-weld heat treatment on dissimilar friction stir welded AA7075 and AA2024 joints was studied. After welding in constant parameters, solution heat treatment and various aging treatments were given to the welded joints. Microstructural and phase characterizations were done using optical microscope, SEM, FE-SEM, XRD and EDS techniques. Finally, mechanical properties of post-weld heat treated joints were evaluated and compared with as-welded joints. Results show that both 2024-T6 and 7075-T6 post-weld heat treatment procedures considerably improve the mechanical strength of the welded joint, with higher strength obtained for the 7075-T6 procedure, in comparison with the as-welded joint. This is explained by the formation of fine precipitates during the aging process, despite the abnormal grain growth. Fracture occurs at the interface between thermo-mechanical affected zone (TMAZ) and heat affected zone (HAZ) on the retreating side (AA7075) of as-welded joint, while by applying post-weld heat treatment fracture location shifts towards the stir zone (SZ) of the welded joint. Also, for post-weld heat treated samples, fracture surface is predominantly inter-granular, while in as-weld joint, fracture surface is mostly trans-granular. This is explained by dissolution and coarsening of precipitates within grains in post-weld heat treated joints.     

2219-T87铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚2219-T87铝合金进行了焊接.对接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,焊核区为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材;热机影响区发生了弯曲变形;热影响区组织出现了明显粗化.前进边热机影响区和焊核区形成明显分界线,后退边相对模糊.搅拌摩擦焊对接头各区域沉淀相分布形态有重要影响.接头室温拉伸强度可以达到母材的70%以上.沿焊缝横截面的显微硬度的分布显示,硬度最低点位于后退侧热影响区区域,断裂位置位于后退侧热影响区处,接头的断裂形式为韧性断裂.     

热处理对高强铝合金搅拌摩擦焊接头热力影响区组织和性能的影响

分析讨论了热处理对高强铝合金热力影响区的组织和力学性能的影响.结果表明,经热处理后,热力影响区的棒状沉淀相逐渐消失,球状沉淀相弥散分布在热力影响区的晶界和晶粒中.两种铝合金在热处理后力学性能上都有一定的提高,7075铝合金接头的抗拉强度可达415 MPa,是母材抗拉强度的89.5%,7050铝合金接头的抗拉强度可达422 MPa,是母材抗拉强度的89.8%,断裂几乎都发生在前进侧的热力影响区,并且硬度的最低处在前进侧热力影响区.     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分布

采用小孔法对3 mm厚2024-T4铝合金板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力分布规律进行研究.为了衡量钻孔引入应变对结果的影响,测量了退火2024铝合金板钻孔产生的应变,将其作为附加应变对焊接试件上测得的应变结果进行修正.结果表明,在试验条件下得到的焊接接头的残余应力以纵向应力为主,横向应力相对很小;纵向高应力区集中在轴肩作用区域,呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧,在轴肩作用区域之外应力值迅速降低,在距焊缝中心较远的区域转变为压应力;纵向残余应力峰值为164.5 MPa.分析认为,机械搅拌和焊接温度场的叠加作用造成焊缝两侧纵向残余应力的不对称分布.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头变形及失效行为

使用搅拌摩擦焊（FSW）设备对厚度为6mm的7075高强度铝合金平板进行对接试验。设计出双径试样,采用液压伺服试验机对7075铝合金搅拌摩擦焊接头进行拉伸试验,并借助奥林巴斯显微镜和扫描电镜观察接头的变形及失效过程。结果表明,7075铝合金搅拌摩擦焊接头在拉伸过程中出现双颈缩现象,颈缩首先在后退侧出现,随着加载的进行,前进侧也出现颈缩现象。微裂纹在接头中的前进侧和后退侧颈缩区内晶界处由微孔洞聚集产生。随着应变的增加,微孔洞数量明显增加,当应变足够大时,微孔洞连接形成微裂纹。微裂纹沿着与加载方向成45°向焊核区进行扩展,导致接头断裂,断裂位置位于接头中的焊核区,断裂方式为剪切断裂混合着微孔聚集型断裂。