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AZ31B镁合金搅拌摩擦连接区性能分析

蒲家飞  
【摘要】:镁合金是当前制造工业中作为结构材料最轻的金属。它具有强度高、密度小、比模数高、易于切削加工和回收等优点,在航海、轨道交通、航空航天等领域应用中得到了普及。作为一种高性能新型结构材料,在实际应用中往往会遇到结构件之间的连接。搅拌摩擦连接是一种新型的固相连接方法。主要应用于低熔点金属及其合金的固态连接,打破了传统镁焊接的制约,避免了连接区疏松和热裂纹等缺陷。本文针对10mm厚AZ31B镁合金搅拌连接区性能分析,通过一定的连接工艺参数正交优化试验,得到表面成型良好的连接区。分析工艺参数对连接区微观组织、力学性能及耐腐蚀性影响。得到以下结论:(1)搅拌头选用轴肩表面整体呈凹形附有同心圆凹槽环,搅拌针带有螺旋状螺纹整体呈圆台状,轴肩下压量为0.2mm,主轴倾角为2.6°。在搅拌头旋转速度为600~1000r/min,前进速度为100~120mm/min参数下,实现了10mm厚AZ31B镁合金的连接,得到了表面成型质量高内部无缺的连接区;(2)不同参数下的连接区晶粒细化显著,随着搅拌头旋转速度的增加晶粒尺寸呈增大趋势,随着前进速度的增加晶粒大小均匀性得到改善,部分区域晶粒有拉长变形,并出现了明显晶粒错位现象;(3)在旋转速度和前进速度分别为800、1000r/min和120mm/min时抗冲击性最佳,约是母材94.2%。旋转速度为1000r/min前进速度为150mm/min时,其抗拉强度最大,可达到母材的85.8%,其断后伸长率是母材的1.9倍。断口表面整体韧窝大小均匀分布,方向上呈一致性,经过搅拌连接后的接头断裂机制主要为韧性断裂;(4)连接区显微硬度整体变化曲线呈“W”形,以焊核区为中心大致呈对称,当前进速度为100mm/min时,旋转速度为600r/min时其接头硬度最大为69.5HV略高于母材,平均硬度低于母材。随着距冠状层距离的增加连接区显微硬度有先增加再减小的趋势,在连接区冠状层硬度较低,距离连接区表面约8mm出现降低的现象。随着旋转速度的提高连接区显微硬度有降低的趋势;(5)连接区耐腐蚀性相比母材较差。电化学腐蚀表面通过电镜扫面发现连接区凸起表面腐蚀较为严重可以看到明显的裂纹,平坦表面出现大量的小腐蚀窝,腐蚀窝中存在密集细小颗粒状。经过12h和24h盐雾腐蚀,发现随着腐蚀时间的增加,连接区腐蚀速率明显增加。


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