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变形镁合金及其焊接接头的超高周疲劳性能研究

作　者: 宋佳曈
导　师: 刘赵铭
学　校: 大连交通大学
专　业: 材料学
关键词: 镁合金 焊接接头 微观组织 超高周疲劳 裂纹源
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本文选取目前商业应用较广泛的变形镁合金AZ31和ZK60为研究对象,进行热挤压态、热处理态以及焊接接头的拉伸、硬度、冲击、和超高周疲劳性能的系统性试验研究。挤压AZ31镁合金的较佳热处理工艺为300℃保温45min,通过该工艺处理后AZ31镁合金的晶粒最均匀细小,抗拉强度为275MPa,屈服强度为209MPa,延伸率为12.4%。挤压AZ31镁合金的摩擦对焊的焊接接头的抗拉强度达到母材的98%,屈服强度为母材的122%,延伸率还略有提高,其焊接接头的拉伸断口为脆韧混合断裂。挤压和热处理后AZ31镁合金在频率为20kHz的超声拉-压疲劳条件下,109周次内不存在疲劳极限；对应于109周次的疲劳强度为90MPa,疲劳比为0.33,疲劳强度处于中等状态。在超高周疲劳范围内,挤压AZ31镁合金裂纹的萌生主要出现在表面和亚表面。挤压AZ31镁合金焊接接头在109周次内无疲劳极限存在,对应于109周次的条件疲劳强度为68MPa,比母材低22MPa；在107周次到108周次范围内焊接接头疲劳源均萌生于试样表面或者亚表面,超过108周次时,裂纹源出现在试样内部。挤压态ZK60镁合金经过T5(150℃保温24h)处理后,晶粒更加均匀细小,其抗拉强度和屈服强度都达到最高,抗拉强度为314MPa,屈服强度为264MPa,而延伸率与挤压态相比略有减小；T6状态下,合金的抗拉强度、硬度和延伸率都有所下降,而屈服强度有所提高。挤压态ZK60镁合金焊接接头的抗拉强度达到母材的102%,屈服强度低于母材,延伸率有所下降。T5处理的挤压ZK60镁合金在109周次内也无疲劳极限存在,对应于109周次的条件疲劳强度为105MPa,疲劳比为0.33。在105周次至108周次之间断裂的试样,疲劳源主要萌生于试样的表面和亚表面；当断裂周次超过108周次时,疲劳裂纹萌生于试样内部。挤压ZK60镁合金摩擦对焊的焊接接头在109周次内也无疲劳极限存在,对应于109周次的条件疲劳强度为97MPa,达到母材的92%；在104周次至108周次范围内断裂的焊接接头试样,疲劳裂纹均萌生于试样表面或者亚表面；断裂周次超过108周次时,裂纹源位于试样内部。断口剖面显微分析发现,在超声疲劳过程中在两种镁合金试样中的应力-应变集中区域会产生高密度孪晶,孪晶可能是超高周疲劳裂纹萌生的主要原因。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 本课题的提出和意义  10
  1.2 镁及镁合金  10-12
    1.2.1 镁及镁合金的基本性质  10-11
    1.2.2 镁合金的分类  11
    1.2.3 挤压镁合金  11-12
  1.3 摩擦焊的研究现状  12-14
  1.4 镁合金及其焊接接头的疲劳性能研究现状  14-20
    1.4.1 金属疲劳研究现状  14-17
    1.4.2 镁合金疲劳性能的研究  17-18
    1.4.3 镁合金焊接接头疲劳性能研究现状  18-20
第二章 试验方法  20-27
  2.1 实验材料及制备  20
    2.1.1 实验材料  20
  2.2 实验内容与方法  20-27
    2.2.1 镁合金的热挤压  20-21
    2.2.2 镁合金挤压后热处理  21
    2.2.3 微观组织观察  21
    2.2.4 拉伸试验  21-22
    2.2.5 硬度测试  22
    2.2.6 冲击测试  22-23
    2.2.7 焊接试验  23
    2.2.8 超高周疲劳试验  23-26
    2.2.9 断口形貌观察  26-27
第三章 AZ31镁合金及其焊接接头的组织与性能的研究  27-46
  3.1 AZ31镁合金及其焊接接头的微观组织研究  27-30
    3.1.1 不同热处理参数对AZ31镁合金挤压棒微观组织的影响  27
    3.1.2 AZ31镁合金焊接接头的微观组织  27-30
  3.2 AZ31镁合金及其焊接接头的力学性能研究  30-36
    3.2.1 AZ31镁合金拉伸性能和硬度的结果与分析  30-32
    3.2.2 AZ31镁合金焊接接头的力学性能  32-36
  3.3 AZ31镁合金及其焊接接头的超高周疲劳性能研究  36-45
    3.3.1 AZ31镁合金的超高周疲劳性能  36-39
    3.3.2 AZ31镁合金焊接接头的超高周疲劳性能  39-42
    3.3.3 AZ31镁合金超声疲劳试样横断面微观组织分析  42-45
  本章小结  45-46
第四章 ZK60镁合金及其焊接接头的组织与性能的研究  46-61
  4.1 ZK60镁合金及其焊接接头的微观组织研究  46-48
    4.1.1 T5、T6热处理对ZK60镁合金挤压棒微观组织的影响  46
    4.1.2 挤压态ZK60镁合金焊接接头的微观组织  46-48
  4.2 ZK60镁合金及其焊接接头的力学性能研究  48-53
    4.2.1 ZK60镁合金拉伸性能和硬度的结果与分析  48-51
    4.2.2 ZK60镁合金焊接接头的力学性能  51-53
  4.3 ZK60镁合金及其焊接接头的超高周疲劳性能研究  53-60
    4.3.1 ZK60镁合金的超高周疲劳性能  53-55
    4.3.2 ZK60镁合金焊接接头的超高周疲劳性能  55-58
    4.3.3 ZK60镁合金超声疲劳试样横断面微观组织分析  58-60
  本章小结  60-61
第五章 结论  61-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间发表的学术论文  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 轻有色金属及其合金 > 镁
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