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7075铝合金搅拌摩擦加工及急停的组织性能研究

作　者: 彭滔
导　师: 周正
学　校: 重庆大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 搅拌摩擦加工 7075铝合金力学性能显微组织析出相
分类号: TG453.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

时效态7075铝合金因其高强度和耐蚀性能好得到了航空航天、军工和汽车工业的青睐。但它存在一个致命的缺点，其熔焊焊接性能较差，容易在焊接过程中产生较大的焊件变形和热应力，并且熔化焊形成的焊缝容易产生气孔、液化裂纹等缺陷，严重影响它的广泛应用。7075高强铝合金的焊接难题由于搅拌摩擦焊接这项新型固相连接技术的成功开发得到了解决。目前关于7075铝合金FSW和FSP的研究已经取得了很多成果，但关于常用时效态7075铝合金搅拌摩擦加工过程中组织演变的研究相对较少。本文采用不同的旋转速度和急停技术对时效态7075铝合金板材进行搅拌摩擦加工，研究了加工参数和急停技术对材料微观组织演变及性能的影响。主要研究结果如下：①通过显微硬度实验、金相显微技术和背散射电子成像技术，系统的研究了急停加工匙孔周围RD-TD面和接头ND-TD面的组织和性能。结果表明：在RD-TD面，匙孔周围的硬度分布图像一扇拱形门。匙孔周围的组织被压扁拉长，逐渐发生再结晶，最后在搅拌针正后方发生完全再结晶。第二相的分布、数量和形状在匙孔周围有明显的不同。在ND-TD面，硬度分布图焊核区呈倒锥形，热影响区呈倒八字形。焊核区发生了完全再结晶，从焊核区顶部到底部，晶粒尺寸逐渐减小，晶内弥散第二相的尺寸和分布密度相差很小，晶界第二相尺寸逐渐粗化，密度逐渐升高。前进侧热机影响区与焊核区的界面清晰明显，界面处出现隧道型孔洞和吻接缺陷，然而回退侧界面过渡缓和无缺陷。②通过电子背散射衍射技术对匙孔周围RD-TD面和接头ND-TD面的组织进行表征，发现匙孔周围RD-TD面初始扁平粗大组织在搅拌针的剪切和挤压作用下沿着搅拌针柱面切线方向流动，匙孔中心ND-TD面热机影响区的材料沿着搅拌针轴向流动。焊核区顶部轴肩影响区的晶粒由于受到轴肩的顶压作用，晶粒被轻微压扁，晶内有少量小角度晶界。热机影响区的板条状晶粒内部出现了大量小角度晶界，同一个晶粒内部发生了不同程度的取向偏转。③通过室温拉伸实验比较了相同旋转速度和不同转速下焊核区材料的力学性能，1#板材从焊核区顶部到底部，抗拉强度逐渐减小，2#、3#和4#板材因材料加工后内部产生缺陷在焊核区5mm和3mm层面都发生了突然性断裂。在旋转速不同其他参数不变的条件下，只有1#板材加工后没有明显缺陷，表明旋转速度600r/min和焊接速度100mm/min是一组优化的搅拌摩擦加工参数。通过分析组织和力学性能之间的关系，发现时效态7075铝合金主要通过晶内弥散析相来增强材料的强度，晶界处析出的粗大第二相会使材料的强度降低；细小的晶粒组织可以显著增加材料的塑性，但晶界上粗大第二相又会降低材料的塑性。认为晶界上粗大第二相的析出对材料的综合力学性能不利，应该通过加工参数或后续热处理给予改善。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-27
  1.1 引言  9-12
    1.1.1 7075 铝合金概述  9
    1.1.2 搅拌摩擦焊接与加工（FSW/FSP）简介  9-11
    1.1.3 搅拌摩擦加工的应用领域  11-12
  1.2 铝合金搅拌摩擦焊接与加工焊缝力学性能的研究现状  12-16
    1.2.1 显微硬度的研究  12-15
    1.2.2 拉伸性能的研究  15-16
  1.3 铝合金搅拌摩擦焊接与加工焊缝微观组织结构的研究现状  16-22
    1.3.1 焊缝微观组织结构的研究  16-19
    1.3.2 第二相粒子的研究  19-22
  1.4 铝合金搅拌摩擦焊接与加工焊缝流动场研究现状  22-23
  1.5 铝合金搅拌摩擦焊接与加工焊接工艺参数的研究现状  23-25
  1.6 课题研究的目的、意义和内容  25-27
2 实验材料与实验方法  27-35
  2.1 实验材料  27
  2.2 实验方案  27-29
    2.2.1 实验路线  27
    2.2.2 实验方法  27-29
  2.3 力学性能实验与微观组织表征方法  29-33
    2.3.1 显微硬度实验  29-30
    2.3.2 室温拉伸实验  30-31
    2.3.3 显微组织表征  31-33
  2.4 本章小结  33-35
3 时效态 7075 铝合金搅拌摩擦加工组织和性能研究  35-53
  3.1 时效态 7075 铝合金 RD-TD 面和 ND-TD 面组织  35-36
  3.2 匙孔周围 RD-TD 面组织和性能研究  36-40
    3.2.1 匙孔周围显微硬度分布  36-37
    3.2.2 匙孔周围显微组织观察  37-40
  3.3 焊缝接头 TD-ND 面不同区域的组织和性能研究  40-43
    3.3.1 距匙孔中心 100mmTD-ND 面显微硬度分布  40-41
    3.3.2 距匙孔中心 100mmTD-ND 面金相显微组织观察  41-43
  3.4 不同位置 TD-ND 面组织和性能研究  43-50
    3.4.1 不同位置面显微硬度分布  43-49
    3.4.2 焊缝接头 TD-ND 面第二相组织观察  49-50
  3.5 本章小结  50-53
4 时效态 7075 铝合金搅拌摩擦加工微观组织结构的演变  53-65
  4.1 匙孔周围 RD-TD 面显微组织演变  53-56
    4.1.1 初始母材 RD-TD 面的组织特征  53-54
    4.1.2 匙孔边缘微观组织演变  54-56
  4.2 距匙孔中心不同位置 TD-ND 面微观组织演变  56-63
    4.2.1 初始母材 TD-ND 面的组织特征  56-57
    4.2.2 距匙孔中心 100mm TD-ND 面的组织演变  57-60
    4.2.3 不同位置 TD-ND 面的组织演变  60-63
  4.3 本章小结  63-65
5 时效态 7075 铝合金不同加工参数下的组织结构和性能研究  65-77
  5.1 不同旋转速度下焊核区的力学性能  65-70
    5.1.1 不同旋转速度下焊核区不同层面显微硬度  65
    5.1.2 不同旋转速度下焊核区不同层面拉伸性能  65-67
    5.1.3 拉伸样断口形貌  67-70
  5.2 不同旋转速度下焊核区的显微组织  70-73
  5.3 强韧化机理探讨  73-76
  5.4 本章小结  76-77
6 结论  77-79
致谢  79-81
参考文献  81-87
附录  87
  作者在攻读学位期间发表的论文目录  87

7075铝合金搅拌摩擦加工及急停的组织性能研究

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