本文關(guān)鍵詞：鋁合金攪拌摩擦裂紋修復工藝與機理研究

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【摘要】：由裂紋引起的機械零部件及金屬結(jié)構(gòu)件的斷裂,是工程中最危險、最常見的失效模式。與現(xiàn)有方法相比,攪拌摩擦裂紋修復具有獨特的優(yōu)勢,但裂紋愈合機理尚不明確。本文針對2A12鋁合金表面裂紋實施攪拌摩擦修復,通過試驗觀測和理論分析相結(jié)合的方法得出了攪拌摩擦裂紋修復裂紋的工藝區(qū)間,建立了攪拌摩擦裂紋修復的物理模型并分析了修復機理。首先,通過修復工藝試驗確立合理的工藝區(qū)間。對修復后試件按國標制成拉伸、疲勞試樣進行力學性能測試；利用OM(光學顯微鏡)、SEM(掃面電鏡)和顯微硬度計對修復區(qū)進行組織形態(tài)、斷口分析和硬度測試,觀測各區(qū)晶粒形態(tài)及尺寸,測得修復區(qū)表面及橫截面不同位置的硬度分布。結(jié)果表明：試樣在v=70-110mm/min、ω=700-1100rpm較寬的修復工藝區(qū)間下都能獲得良好的力學性能。表面和截面的微觀硬度分布基本曲線呈現(xiàn)“W”形,修復過程中上部獲得更高的循環(huán)熱使析出相固溶強化,且塑性變形過程中析出相附近位錯密度驟減,易形成大角度晶而提高力學性能,所以修復核心區(qū)中心上部硬度高于下部。其次,通過TEM(透射電鏡)和EBSD(電子衍射背散射技術(shù)),對修復區(qū)析出相分布、位錯變化和修復區(qū)組織演化規(guī)律進行分析。結(jié)果表明：HCZ發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,晶粒尺寸細小,部分達到納米級,晶粒周圍彌散分布細小的強化相,內(nèi)部存在一定的位錯線,一定程度的提高了修復區(qū)強度；母材和熱影響區(qū)的晶粒尺寸比較大,在晶粒內(nèi)部和晶界都有大量的棒狀和橢球形顆粒析出相。影響區(qū)中的細小強化相發(fā)生了叢聚,且含有高密度的位錯和空位等缺陷,大大降低了修復區(qū)強度,成為修復區(qū)最薄弱的區(qū)域。最后,通過微觀組織演化規(guī)律、動態(tài)再結(jié)晶和金屬材料塑性流動的仿真分析建立了攪拌摩擦裂紋修復的物理模型,初步提出了攪拌摩擦裂紋修復的物理機制與機理,即通過攪拌頭頂鍛和摩擦作用使待修復區(qū)塑性材料流向裂紋中心。由于機械攪拌的作用使待修復材料經(jīng)歷破碎、變形、長大、再結(jié)晶的循環(huán)過程,使得原裂紋表面的金屬原子達到了相互作用的范圍內(nèi),金屬鍵得到了修復,從而實現(xiàn)了對裂紋的填補修復,驅(qū)動力為熱循環(huán)作用下的機械攪拌。
【關(guān)鍵詞】：攪拌摩擦 裂紋修復 愈合機理 物理模型 再結(jié)晶
【學位授予單位】：沈陽航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH17;TG146.21
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題研究背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外裂紋修復研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 非金屬裂紋修復研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 金屬裂紋修復研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 裂紋修復機理研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 非金屬裂紋修復機理研究16-17
• 1.3.2 金屬裂紋修復機理研究17-18
• 1.3.3 金屬材料裂紋的修復方式18-20
• 1.4 FSW簡介20-22
• 1.4.1 FSW技術(shù)原理20
• 1.4.2 FSW技術(shù)優(yōu)缺點20-21
• 1.4.3 FSW技術(shù)應用21-22
• 1.5 本科題的研究內(nèi)容22-24
• 1.5.1 研究內(nèi)容22-23
• 1.5.2 技術(shù)路線圖23-24
• 第2章 實驗材料與方法24-33
• 2.1 實驗材料24
• 2.2 實驗流程24-25
• 2.3 實驗方法25-32
• 2.3.1 試樣的制備25
• 2.3.2 攪拌摩擦修復試驗25-26
• 2.3.3 形態(tài)學觀測26-31
• 2.3.4 力學性能測試31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第3章 鋁合金修復裂紋工藝實驗結(jié)果及分析33-64
• 3.1 裂紋修復工藝研究33-37
• 3.1.1 修復工藝試驗33-37
• 3.2 微觀組織分析37-38
• 3.3 硬度分析38-42
• 3.3.1 修復區(qū)硬度分布特征38-40
• 3.3.2 母材區(qū)硬度分析40
• 3.3.3 影響區(qū)硬度分析40-41
• 3.3.4 修復核心區(qū)硬度分析41-42
• 3.4 溫度場分析42-51
• 3.4.1 溫度場測量與分析43-45
• 3.4.2 溫度場模擬分析45-51
• 3.5 流場分析51-58
• 3.5.1 流場觀測與分析51-53
• 3.5.2 流場模擬分析53-58
• 3.6 修復性能分析58-62
• 3.6.1 工藝參數(shù)對強度影響58-60
• 3.6.2 力學性能60
• 3.6.3 拉伸斷口60-62
• 3.7 本章小結(jié)62-64
• 第4章 鋁合金裂紋修復物理機制和機理分析64-78
• 4.1 攪拌摩擦修復物理模型的建立64-67
• 4.1.1 修復區(qū)微觀組織演變64-66
• 4.1.2 熱塑性材料對裂紋的填補修復66
• 4.1.3 攪拌摩擦裂紋修復的物理模型66-67
• 4.2 攪拌摩擦修復物理機理分析67-76
• 4.2.1 動態(tài)再結(jié)晶過程分析67-68
• 4.2.2 金屬塑性流動分析68-69
• 4.2.3 修復區(qū)析出相分析69-71
• 4.2.4 修復區(qū)位錯分析71-72
• 4.2.5 選區(qū)瞬態(tài)EBSD分析72-76
• 4.3 本章小結(jié)76-78
• 結(jié)論78-82
• 參考文獻82-86
• 致謝86-87
• 攻讀碩士期間發(fā)表(含錄用)的學術(shù)論文87-88

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本文編號：610137