滚动轧制对铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

采用自制滚动轧制头对5 mm厚铝合金7050搅拌摩擦焊接头的上表面及背面进行滚动轧制,并与其焊接态的接头作对比,研究了滚动轧制对焊接接头性能的影响. 结果表明,滚动轧制后接头表面的粗糙度由最大9.58 μm降低到平均约0.85 μm. 表层发生了剧烈的塑性变形,晶粒明显细化形成约200 μm厚的细晶层,亚表层晶粒细化程度降低,在焊核区伴有剪切带产生. 接头表层硬度明显提高,其平均硬度高达HV210,相比轧制前硬度HV110提高了91%. 接头表层残余应力由原来的拉应力转变为压应力,最大残余压应力场深度约为200 μm. 疲劳源由表层移至亚表层,疲劳寿命显著提高.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头断裂机理

使用MTS拉伸试验机和扫描电镜加载台分别对7075铝合金FSW接头进行拉伸卸载和原位拉伸试验,并借助Olympus金相显微镜对卸载后接头损伤行为进行观察,使用有限元软件ABAQUS对接头在拉伸过程中的应力状态进行分析. 结果表明,7075铝合金FSW接头在拉伸过程中微裂纹分别在前进侧热影响区(HAZ)与热力影响区(TMAZ)交界处和焊核区(WNZ)底部形核,最终前进侧HAZ与TMAZ交界处裂纹发展成主裂纹,主裂纹沿HAZ与TMAZ交界扩展导致接头断裂. 原位拉伸试验接头同样在该区域发生断裂. 该处由于三向应力度较高、显微硬度较低、过渡组织不连续以及沉淀相MgZn2取向分布而成为整个7075铝合金FSW接头的最薄弱环节.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头沉淀相析出行为

利用搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)技术对厚度为6 mm的7075铝合金进行平板对焊,使用金相显微镜、显微维氏硬度仪对7075铝合金FSW接头进行微观组织观察和显微维氏硬度测试,使用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)对合金进行物相分析,使用透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)对接头焊核区(welding nugget zone,WNZ)、热机影响区(thermal-mechanically affected zone,TMAZ)、热影响区(heat affected zone,HAZ)及母材(base metal,BM)中的沉淀相分布、形貌等进行观察,并对沉淀相的晶格条纹间距进行计算。研究结果表明,7075铝合金FSW接头的组织及显微维氏硬度分布极其不均匀;接头中沉淀相主要有棒状MgZn_2和椭圆状AlCuMg两种,沉淀相种类与形状不同,强化效果不同,AlCuMg强化效果好于MgZn_2;WNZ中沉淀相主要是AlCuMg,加之细晶强化,显微维氏硬度较高;相比WNZ,TMAZ中沉淀相AlCuMg数量少,MgZn_2相对增多,强化效果相对减弱,导致显微维氏硬度降低;HAZ中的MgZn_2相对更多,加工硬化和细晶强化效果减弱,HAZ与TMAZ交界处显微维氏硬度达到接头的最低值。     

超声表面滚压改善45#钢表层特性及疲劳性能的研究

目的研究超声表面滚压处理(Ultrasonic Surface Rolling Process,USRP)对45#钢表层特性及疲劳性能的影响。方法利用超声表面滚压设备处理45#钢,观察分析处理前后试样的表层特征、状态、微观结构,采用旋转弯曲疲劳试验研究试样疲劳性能,通过升降法测取疲劳极限值。结果 USRP处理后,试样表面形貌显著改善,表面粗糙度由之前的3.2μm降低到0.23μm,显微组织细化,晶粒取向趋于随机分布,表层显微硬度相比心部提高56%左右,强化层厚度可达400μm,残余压应力由-180 MPa提高到-532 MPa,疲劳极限值由296 MPa提高到403 MPa。结论通过USRP处理,试样的表层特性及表面性能得到强化改善。疲劳性能的提高主要归因于USRP处理使材料表面粗糙度降低,晶粒细化,显微硬度与残余压应力提高。     

6N01铝合金FSW接头微观组织及力学性能研究

采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为4 mm的6N01铝合金进行不同工艺的平板对接试验。使用光学显微镜(OM)、显微硬度仪及微控电子万能试验机对接头微观组织、显微硬度及力学性能进行表征。结果表明,6N01铝合金FSW接头由焊核区(WNZ)、热机影响区(TMAZ)及热影响区(HAZ)组成;WNZ组织为细小的等轴晶;TMAZ组织发生较大程度的变形;AS(前进侧)TMAZ与WNZ分界线明显,而RS (后退侧)TMAZ相对较为模糊;HAZ仅受热循环作用,组织比母材稍有粗化;WNZ显微硬度可达65 HV,AS TMAZ的显微硬度低于RS TMAZ,硬度最小值位于AS TMAZ;焊接速度为400 mm/min,转速为1200 r/min时,接头的抗拉强度达到最大值169.50 MPa。拉伸试样起裂部位在AS TMAZ与HAZ的过渡处,然后向WNZ扩展。断裂形式为韧性断裂。     

SS400钢对接接头表面纳米化及其对疲劳强度的影响

采用高能喷丸技术对SS4 0 0钢对接接头的表面进行处理 ,利用X射线衍射和透射电镜对表层进行结构表征 ,并测量了对接接头表层硬度、残余应力和疲劳强度的变化。结果表明 ,高能喷丸处理可以在对接接头的表面形成尺寸均匀、晶粒取向呈随机分布的纳米晶组织 ,从而消除了对接接头表层组织的不均匀性 ;纳米结构表层的硬度明显高于心部 ,其内部残余应力为压应力。这种压应力纳米强化层可以明显地提高对接接头的疲劳性能。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头断裂过程分析

使用搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)设备对厚度为6 mm的7075铝合金平板进行对接试验,利用MTS液压伺服试验机对7075铝合金FSW接头进行拉伸卸载试验,借助Olympus金相显微镜对接头损伤行为进行观察,使用有限元软件ABAQUS对7075铝合金FSW接头在拉伸过程中的应力状态进行计算分析。结果表明,7075铝合金FSW接头在拉伸过程中,微裂纹分别在前进侧热影响区(HAZ)与热机影响区(TMAZ)交界处及焊核区(WNZ)底部形成,最终前进侧HAZ与TMAZ交界处裂纹发展成主裂纹,主裂纹沿着HAZ与TMAZ的交界扩展导致接头断裂。7075铝合金FSW接头拉伸过程中在厚度方向上出现挠曲变形,并且三向应力度在WNZ与TMAZ交界处和TMAZ与HAZ交界处存在突变,从而加剧微裂纹扩展。     

2024-T4铝合金搅拌摩擦焊搅拌区位错及组织性能

采用金相、显微硬度及透射分析方法对2024铝合金搅拌摩擦焊接头搅拌微区的组织性能和位错分布特征进行试验分析,基于位错分析深入了解各微区位错形成与接头组织结构与硬度变化之间的关系。研究表明,WNZ位错主要分布在晶粒内部,大部分是以位错缠结的形式存在,并伴随有大量的沉淀强化析出相Cu_2Mg;而在TMAZ区,大量的位错是以位错塞积的形式存在于晶界或晶粒内部;HAZ区域的位错多以位错塞积的形式存在于晶界附近,并伴随一些典型的Al Cu_3析出相。WNZ和TMAZ区中并未随晶粒细化而造成位错数量和类型的减少,这与FSW特殊的动态回复和动态再结晶过程有关,此外位错分布特征与接头微区硬度分布特征基本吻合。     

SiCp/2A14复合材料厚板FSW接头微观组织与力学性能

实现了20 mm厚的15%SiC_p增强2A14铝基复合材料搅拌摩擦对接焊,并对接头的微观组织和力学性能进行了分析。结果表明：SiC_p/2A14复合材料焊接接头可以划分为四个区域,分别是母材(BM)、热影响区(HAZ)、热力影响区(TMAZ)和焊核区(NZ)。其中,BM区的组织呈现轧制条带状,该组织在HAZ受热发生了粗化;在TMAZ中,能够观察到由细小晶粒组成的挤压流线状组织;然而在NZ中,条带状组织消失,形成了均匀细小的等轴晶;并且NZ中SiC颗粒和白色相Al₄C₃得到充分细化,呈弥散均匀分布。接头的显微硬度最低值出现在HAZ和TMAZ的交界处,此处也是FSW接头断裂位置。接头的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为278 MPa、255 MPa和2.77%,分别达到母材的83.91%、77.62%和71.76%。通过数字图像相关法(DIC)测得接头的最大局部应变为16.8%。接头的断裂模式为韧性断裂和脆性断裂的混合断裂模式。     

B_4C/6061Al中子吸收材料FSW接头的纳米压痕和拉伸性能研究

采用粉末冶金的方法制备了30vol%B_4C/6061Al中子吸收材料板材。通过搅拌摩擦焊(FSW)的方法对4 mm厚30vo1%B_4C/6061A1中子吸收材料板材进行对接焊接,获得了表面成形良好的焊缝。采用纳米压痕法对FSW焊接接头的焊核(WZ)、热力影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)和母材(BM)4个区域中的微区力学性能进行研究,对焊接接头的拉伸性能进行了测试。运用扫描电镜对压痕的微观形貌和拉伸断口进行表征。结果表明:在同一区域中,随着距颗粒/基体界面距离d(d11μm)的增加,微区的硬度和弹性模量总体呈现降低趋势。在微区数值均值化后,不同区域的硬度和弹性模量由高到低为WZ、TMAZ、BM和HAZ,压入功恢复率在WZ、TMAZ、HAZ和BM依次为28.10%、25.14%、31.76%和29.30%。在焊接接头不同区域出现性能差别的原因是由于在FSW过程中不同区域的塑性变形程度和热循环作用不同导致的,FSW接头强度可达母材的85.7%,断裂部位在HAZ区。     

焊前混合表面纳米化对2A14铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响

采用超音速微粒轰击(SFPB)和表面机械滚压处理(SMRT)相结合的混合表面纳米化(HSNC)方法在2A14铝合金表面制备出梯度纳米结构(GNS)表层,之后进行了搅拌摩擦焊(FSW)。利用OM、SEM和TEM对比研究了HSNC样品和原始样品FSW焊缝的微观组织和断裂形貌。结果表明,GNS表层以类似"S"线复杂形式分布在HSNC样品的热机影响区(TMAZ)和焊核区(NZ)中,形成了纳米层区(NLZ);原始样品显微硬度最低处和断裂位置均发生在前进侧的TMAZ,HSNC样品显微硬度最低处和断裂位置均发生在NZ;HSNC样品的抗拉强度比原始样品提高了6.4%,延伸率比原始样品提高了14.1%,两者的断裂方式均为韧性断裂,但原始样品断口形貌为非等轴韧窝和撕裂韧窝,HSNC样品断口形貌为等轴韧窝。分析表明,由于纳米晶的优异性能,NLZ在提高焊缝强度的同时提高了塑性变形能力。     

1060铝/AZ31B镁异种金属FSW接头的组织演化与力学性能

采用电子背散射衍射(EBSD)研究了1060铝/AZ31B镁异种金属搅拌摩擦焊(FSW)接头的晶粒组织、织构演化和力学性能。结果表明：接头组织中从热影响区(HAZ)至焊核区(NZ),低角度晶界(LAGBs)百分比和平均晶粒粒径均逐渐减少。在HAZ,晶粒组织与母材相似,热机械影响区(TMAZ)则发生了动态再结晶,形成了粗晶粒和细小等轴晶粒共存的显微组织,而NZ由均匀细小的等轴晶组成。HAZ织构与母材相似,铝侧NZ形成了{001}〈100〉再结晶立方织构,在NZ中心,镁晶粒取向从〈0001〉||ND向〈0001〉||WD偏转,而在镁侧NZ,晶粒的取向为〈0001〉||TD。接头的抗拉强度为96.1 MPa,伸长率为13.2%,分别达到1060铝合金母材抗拉强度的95%和伸长率的65%。铝侧HAZ位错密度减小导致的材料软化以及铝侧HAZ与TMAZ之间晶粒粒径的差异促使接头从铝侧HAZ/TMAZ界面附近断裂。     

热处理对表面纳米化工业纯锆疲劳性能影响研究

采用表面机械研磨处理(SMAT)对工业纯锆进行表面强化,使材料表面组织细化并引入残余压应力,通过热处理(HT)使表层残余压应力释放而纳米晶尺寸保持不变。利用光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)对试样表层显微组织进行表征,利用X射线应力仪测试距试样表面不同深度处残余应力,通过四点弯曲疲劳实验对热处理前后试样疲劳性能进行测试,利用扫描电子显微镜(SEM)对疲劳断口形貌进行观察,探讨晶粒细化及残余压应力对疲劳性能的影响。结果表明：SMAT使工业纯锆表层形成150μm左右变形层且最表面晶粒细化至35 nm左右,并得到深度为334 μm最大应力为-695.5MPa的残余压应力层;热处理后SMAT处理工业纯锆表层残余压应力场深度减至115μm、最大压应力降为-148.8MPa,残余压应力场的变化对裂纹源位置及材料的疲劳极限影响明显。SMAT处理使工业纯锆疲劳极限较未处理试样提升23%;通过热处理使其表层残余压应力释放后,其疲劳极限较未SMAT处理试样疲劳极限提高13%。     

轨道交通用铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

通过金相组织观察、断口扫描分析、拉伸试验和显微硬度测试等分别研究了6082-T6和5083铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头的微观组织和力学性能.结果表明,接头断面组织可分为焊核区(WN)、热机影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、母材区(BM)四个区域.焊核区为动态再结晶的细小等轴晶组织;热机影响区为回复晶粒组织,晶粒产生了较大的弯曲变形;在热影响区发生了晶粒粗化现象,晶粒形态与母材相似.两种铝合金搅拌摩擦焊接头的拉伸断口均呈韧性断裂特征,接头断裂位置为热影响区的前进侧,表明热影响区为接头最薄弱的区域.力学性能测试表明,6082和5083铝合金接头的抗拉强度分别为242 MPa和301.6 MPa,分别达到母材本身抗拉强度的76.8％和88.7％;两种接头的显微硬度分布曲线均存在一个最低值,该最低值位于前进侧的热影响区.     

焊接参数对7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

使用搅拌摩擦焊(FSW)设备,采用不同搅拌针转速和焊速对厚6 mm的7075高强铝合金平板进行对接试验,并对不同焊接工艺下的接头进行微观组织观察和力学性能测试。研究结果表明:7075铝合金FSW接头由焊核区(WNZ)、热机影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)及母材区(BMZ)组成;随着搅拌针转速的增大,接头中焊核区的晶粒越大;随着焊速的增大,接头中焊核区晶粒越细小;不同工艺参数下的FSW接头显微硬度分布曲线都呈W形。随着转速的提高和焊速的减小,接头显微硬度升高,但波动范围较小;随着转速和焊速的提高,接头抗拉强度先降低后提高;转速为400 r/min,焊速为120 mm/min时,接头抗拉强度最高,为417 MPa,是厚6 mm的7075铝合金FSW最佳的工艺参数。     

超声滚压强化7075铝合金工件表面性能的研究

目的探究超声滚压强化技术对7075铝合金工件表面性能的影响。方法对7075铝合金棒状试样精车加工后进行了超声滚压强化处理。综合使用粗糙度测量仪、表面显微硬度仪、金相显微镜以及X射线衍射应力分析仪,研究了处理前后工艺参数中的压下量对试样的表面粗糙度、表面显微硬度、表面微观组织及表面残余应力等表面性能的影响。结果超声滚压强化处理后,试样表面粗糙度由0.976μm降低至0.047μm,表面显微硬度由105.6HV0.2提高至119HV0.2,显微硬度提高了15%。精车加工后,精车试样的表层组织与心部组织几乎无变化。超声滚压强化后,相对心部组织而言,表层晶粒组织得到显著细化,表层均为残余压应力,压应力深度为1.75 mm。残余压应力最大值位于最表层,最大为-174.0 MPa,且距离最表层越远,残余压应力总体呈减小趋势。结论通过对比研究精车试样与超声滚压试样,发现超声滚压强化工艺可以大大地降低试样表面粗糙度,显著地细化表层试样晶粒与提高表面硬度,改善残余应力的分布,并引入一定深度的残余压应力。     

高能喷丸对TC4焊接接头组织性能的影响

采用高能喷丸对TC4焊接接头进行表面纳米化处理,利用光学显微镜观察了焊接接头各区域的横截面微观组织,对各区域表层晶粒尺寸进行了X射线衍射分析、采用洛氏硬度计测量了表层各区域的硬度,利用应力仪测试其不同区域的残余应力,并对其进行了表征。结果表明,高能喷丸处理后在TC4焊接接头表面获得一定厚度的塑性变形层,经过高能喷丸处理,在强烈塑性变形作用下接头各区域表层晶粒尺寸均细化到纳米尺度。焊接接头三个区域的表面层硬度一致,且高于高能喷丸处理前试样的硬度;残余应力测试表明,经高能喷丸处理后焊接接头表层各区域均为残余压应力,高能喷丸实现了焊接接头表层组织和性能的均一化。     

2219-T8铝合金搅拌摩擦焊接头力学和应力腐蚀性能薄弱区研究

对2219-T8铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头在拉伸过程中,热机械影响区(TMAZ)的变形行为、断裂途径和190 MPa下微区电化学性能进行了研究.结果表明,焊接热循环和搅拌作用加权强化效果最弱的区域是强度最差的位置;拉伸时接头变形主要发生在TMAZ,但由于受到焊核区的拘束程度不同,TMAZ下层应变更大,导致裂纹起源于下层;在相同的应力水平下,TMAZ表面的钝化膜更易破裂,甚至会有微裂纹出现,这使得当接头处于应力腐蚀环境中时,TMAZ更易发生局部腐蚀,导致接头的抗应力腐蚀能力下降.     

外场处理对低合金钢焊接接头组织的性能的影响

研究了电磁搅拌，氩弧表层处理，超声喷丸处理对低合金钢焊接接头组织和性能的影响，结果表明：电磁搅拌促进奥氏体晶粒内针状铁素体生成和细化，使针状铁素体的含量由85%提高到92%。从而提高了焊缝金属的韧度，氩弧加热处理使焊缝表层发生熔化和重结晶，可消除焊缝表层的柱状晶，处理后的组织主要由针状和细晶铁素体组成。对接头焊趾部位进行氩弧快速重熔处理可消除焊趾的部位的几何截面突变，使焊缝与母材圆滑过渡，有利于消除焊趾部位的应力集中，对抗应力腐蚀性能十分有益；焊趾部位热影响区中粗大的晶粒细化。表面高能喷丸处理使焊接接头表面形成尺寸均匀的等轴状纳米晶，不仅提高了表层的硬度，而且可使焊接接头的疲劳强度提高50%。     

7xxx高强铝合金搅拌摩擦焊研究进展

针对7xxx高强铝合金的搅拌摩擦焊研究现状，主要从焊接缺陷、搅拌针形状的选择、接头软化、疲劳性能及耐蚀性等方面详述了7xxx高强铝合金焊接过程中存在的问题。对于7xxx高强铝合金的搅拌摩擦焊（FSW），焊接缺陷及焊缝成形质量差都会导致接头软化、疲劳寿命降低及耐蚀性变差等问题；优化FSW焊接工艺参数，减少焊接缺陷，改善焊缝成形质量，有利于降低接头软化程度、提高接头的疲劳寿命及耐蚀性；选择合适形状的搅拌针对7xxx高强铝合金进行FSW，有利于改善接头的力学性能；对FSW接头进行表面机械滚压处理和超声冲击处理，改善接头表面的应力状态，有利于改善接头的疲劳性能；对FSW接头进行适当的焊后热处理，改善接头中强化相的形态、分布状态及晶粒特征，有利于改善接头的耐蚀性。