發(fā)布時間：2020-09-19 11:24

　　 本文對5 mm厚鋁合金7050板材進行攪拌摩擦對接焊,在優(yōu)化后接頭上分別進行表面噴丸和表面滾動軋制強化試驗,并結(jié)合組織、靜態(tài)拉伸彎曲、顯微硬度、疲勞壽命及電化學(xué)腐蝕等試驗進行對比研究,探究兩種強化方法對熱機影響區(qū)及整個接頭的影響。(1)經(jīng)過對7050鋁合金FSW接頭優(yōu)化,選擇焊接優(yōu)化工藝參數(shù)即旋轉(zhuǎn)速度800 r/min、焊接速度100 mm/min,該參數(shù)下接頭綜合力學(xué)性能較好,平均抗拉強度大于母材強度的81%。對優(yōu)化接頭表面完整性進行了探究,發(fā)現(xiàn)前進側(cè)和后退側(cè)組織和性能存在一定差異,前進側(cè)表面組織過渡梯度較大,后退側(cè)表面組織過渡均勻,且兩側(cè)都分布不溶雜質(zhì)相Al_7Cu_2Fe和Al_7Cu_5Fe團聚物。前進側(cè)殘余拉應(yīng)力大于后退側(cè),抗腐蝕性能也較差,硬度向焊核區(qū)過渡梯度較大,最低值為93HV。整個FSW接頭高周疲勞平均壽命為3.29×10~5周,疲勞斷裂源萌生在接頭表面,疲勞斷裂在熱機影響區(qū)的機率較大。(2)在焊接態(tài)接頭優(yōu)化基礎(chǔ)上,對接頭采用不同噴丸時間進行強化。結(jié)果表明:噴丸強化接頭表面粗糙度整體降低,噴丸時間超過40 min,表面粗糙度增加。對噴丸接頭表面進行XRD分析,表面晶粒達到了納米化,并且在表層形成了一層分明的細(xì)化層,次表層變形層分布著一定數(shù)量第二相剪切帶。隨著噴丸時間增加,接頭表面硬度分布由焊接態(tài)近似“W”形變?yōu)殇忼X形,大致在120~150 HV,水平方向硬度值趨于均勻化。不同噴丸時間接頭抗拉強度相比焊接態(tài)接頭抗拉強度418.7 MPa增加不超過4%,延伸率下降。最終選取綜合性能較好的噴丸30 min接頭進行高周疲勞試驗,接頭疲勞源由焊接態(tài)表面轉(zhuǎn)移至次表層100~200μm位置,并呈現(xiàn)多個“魚眼”狀疲勞斷裂源,斷口擴展區(qū)出現(xiàn)“脊椎”狀過渡區(qū),同時疲勞斷裂于熱機影響區(qū)的機率降低,接頭平均疲勞壽命提高到1.32×10~6周。(3)基于接頭噴丸后所引起的表面粗糙度在一定程度上影響了接頭疲勞壽命提升空間,本文嘗試采用了接頭表面滾動軋制方法。結(jié)果表明:相比噴丸,不同旋轉(zhuǎn)速度滾動軋制進一步提高接頭表面光潔度,表層晶粒達到納米化,在接頭上下表層所形成了類似“Sandwich”結(jié)構(gòu);同時表層硬度趨于均勻化,大致在160~210 HV;各參數(shù)下抗拉強度相比焊接態(tài)提升不超過5%,延伸率呈下降趨勢。選取綜合性能較好的滾動軋制工藝參數(shù)即旋轉(zhuǎn)350 r/min、焊接速度50 mm/min,該參數(shù)下接頭疲勞裂紋源萌生位置由焊接態(tài)表面移向次表層約200μm位置,斷口擴展區(qū)出現(xiàn)較寬的“脊椎”狀過渡區(qū),疲勞斷裂于熱機影響區(qū)的機率降低,疲勞平均壽命相比噴丸強化提高了約1.65倍。在以上研究基礎(chǔ)上,本試驗進一步探究了一定疲勞壽命下接頭強化前后疲勞源形成細(xì)觀過程、強化前后接頭表面耐腐蝕性以及抗彎曲性能。探究發(fā)現(xiàn)強化表面在接頭上所形成的“Sandwich”結(jié)構(gòu),阻礙或延緩了疲勞裂紋在表面萌生且擴展于TMAZ。在接頭內(nèi)部焊核區(qū)與熱機影響區(qū)產(chǎn)生的疲勞源也存在差異,焊核區(qū)為應(yīng)變集中;而熱機影響區(qū)疲勞源表現(xiàn)為應(yīng)力集中,周圍晶界分布有連續(xù)的S相(Al_2Cu Mg)和不溶雜質(zhì)相Al_7Cu_2Fe團聚物,這種組態(tài)成為斷裂發(fā)生在熱機影響區(qū)的內(nèi)在原因。結(jié)合電化學(xué)試驗對強化前后接頭的耐腐蝕性進行對比,表明經(jīng)過強化后接頭的抗腐蝕性能逐步提高,縮小了接頭各區(qū)域抗腐蝕性能差異,其中滾動軋制強化的接頭耐腐蝕性最好。另外通過彎曲試驗對比接頭表面強化性能,滾動軋制抗彎載荷接近母材,約3.04 k N,但延伸率最低;噴丸粗糙度對其彎曲性能產(chǎn)生一定負(fù)面影響,彎曲強度和延伸率均降低。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG453.9

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本文編號：2822446