【摘要】：攪拌摩擦焊接鎂合金焊縫區(qū)容易形成復(fù)雜的微區(qū)織構(gòu)，且該織構(gòu)對接頭力學(xué)性能與斷裂行為有重要影響。本文以常用商業(yè)鎂合金攪拌摩擦焊接頭為研究對象，采用電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)考察焊縫微區(qū)織構(gòu)在拉伸、壓縮、彎曲等不同變形方式中對接頭各區(qū)域塑性變形機制、微觀組織演變、接頭力學(xué)性能與斷裂行為的影響規(guī)律。論文主要包含兩部分，其一，以ZK60-AZ31異種鎂合金攪拌摩擦焊接頭為研究對象，探索微區(qū)織構(gòu)、界面特征對接頭斷裂行為的影響機制；其二，以AZ31鎂合金攪拌摩擦焊接頭為研究對象，探索后續(xù)變形中焊縫微區(qū)織構(gòu)對接頭微觀組織演變與力學(xué)性能的影響規(guī)律。 采用兩種不同的材料放置方式（AZ31或ZK60放于前進側(cè)）研究ZK60-AZ31異種鎂合金攪拌摩擦焊接性能。結(jié)果顯示：①攪拌摩擦焊能成功實現(xiàn)ZK60-AZ31異種鎂合金焊接，焊縫區(qū)晶粒尺寸得到顯著降低，且分布不均勻，，其中AZ31側(cè)攪拌區(qū)晶粒尺寸約~9μm，而ZK60側(cè)攪拌區(qū)約~3μm。ZK60側(cè)第二相粒子得到顯著細化，并從母材的沿晶界分布轉(zhuǎn)變成焊縫區(qū)的彌散分布。②兩種材料放置方式對ZK60-AZ31異種鎂合金接頭力學(xué)性能與斷裂位置影響不大，接頭的抗拉強度為AZ31原始板材的78-82%。接頭屈服強度比AZ31原始板材高，但比ZK60原始板材低。兩種接頭都斷裂在AZ31側(cè)過渡區(qū)/焊縫區(qū)界線附近，顯微硬度在該界線兩側(cè)的突變以及AZ31合金為“軟”材料是其斷裂在AZ31側(cè)的主要原因。 對ZK60/AZ31接頭橫向拉伸試樣采用CZ、SZ與EN三種不同的取樣方式，考察微區(qū)織構(gòu)、界面特征對接頭力學(xué)性能與斷裂行為的影響機制。結(jié)果顯示：不同取樣方式所得接頭力學(xué)性能相似，但也有一定差異，其中EN樣品力學(xué)性能最佳，CZ樣品次之，SZ樣品最差。三種樣品的斷裂位置有較大差異，其中CZ、SZ樣品斷裂在后退側(cè)，靠近“軟”材料AZ31側(cè)；而EN樣品斷裂在前進側(cè)過渡區(qū)/焊縫區(qū)界線，靠近“硬”材料ZK60側(cè)。這主要是由于接頭在該界線附近存在三相交界區(qū)，三相交界區(qū)內(nèi)晶粒尺寸與微區(qū)織構(gòu)存在明顯差異，導(dǎo)致橫向拉伸時該區(qū)域容易產(chǎn)生應(yīng)變不協(xié)調(diào)，并促使EN樣品斷裂在“硬”材料ZK60側(cè)的過渡區(qū)/焊縫區(qū)界線處。 對攪拌摩擦焊接AZ31合金進行橫向拉伸、壓縮實驗，研究兩種變形方式下焊縫各微區(qū)微觀組織演變、接頭力學(xué)性能的差異，并通過分析兩種變形方式下接頭宏觀塑性變形不均勻行為及特征區(qū)域的微觀組織，探索不同塑性變形機制對接頭斷裂行為的影響規(guī)律。結(jié)果顯示：①接頭各區(qū)域的塑性變形機制、微觀組織演變在兩種變形方式下有顯著差異。拉伸時攪拌區(qū)邊部產(chǎn)生大量{10-12}孿晶，而其它區(qū)域形成的孿晶較少；壓縮時攪拌區(qū)邊部產(chǎn)生的{10-12}孿晶較少，而攪拌區(qū)中心與冠狀區(qū)中心產(chǎn)生了大量孿晶，且拉伸、壓縮樣品孿生主導(dǎo)區(qū)的絕大多數(shù){10-12}孿生變體選擇都符合施密特因子判據(jù)。②接頭橫向拉伸、壓縮變形5%樣品存在明顯的宏觀塑性變形不均勻行為，并在接頭橫截面上形成顯著的表面凹凸現(xiàn)象。該凹凸現(xiàn)象在橫截面正、反兩面存在較大差異，且攪拌區(qū)比冠狀區(qū)嚴(yán)重。認(rèn)為焊縫區(qū)復(fù)雜分布的微區(qū)織構(gòu)是導(dǎo)致接頭宏觀塑性變形不均勻行為的根本原因，而基面滑移對表面凹凸現(xiàn)象的形成具有突出貢獻。 對攪拌摩擦焊接AZ31合金采用背彎、面彎兩種變形方式，探索彎曲過程中微區(qū)織構(gòu)對接頭微觀組織演變與彎曲性能的影響規(guī)律。結(jié)果顯示：①兩種彎曲方式下攪拌區(qū)微觀組織演變有顯著差異。背彎樣品攪拌區(qū)邊部產(chǎn)生大量拉伸孿晶，而攪拌區(qū)中心的孿晶較少；面彎樣品攪拌區(qū)邊部的孿晶較少，而攪拌區(qū)中心產(chǎn)生的孿晶較多。②鎂合金攪拌摩擦焊接頭的彎曲屈服強度高于原始板材，且面彎樣品的屈服強度高于背彎樣品，但背彎、面彎樣品的最大彎曲強度都低于原始板材。兩種彎曲方式下接頭的斷裂位置相似，焊縫下層都是沿前進側(cè)過渡區(qū)/攪拌區(qū)界線發(fā)生斷裂，而焊縫上層都斷裂在前進側(cè)冠狀區(qū)邊部。
【圖文】：

鎂及鎂合金的塑性變形機制主要包括兩部分：滑移和孿生。圖1.1 鎂合金主要的滑移系[6]：(a) <a> 基面滑移；(b) <a> 柱面滑移；(c) <a> 錐面滑移；(d)<c+a> 錐面滑移Figure 1.1 Schematic diagrams illustrating slip systems in magnesium alloys[6]: (a)~(c) Basal,prismatic and pyramidal slips of <a> dislocations; (d) Pyramidal slips of <c+a> dislocation.① 滑移當(dāng)晶面間距較大，且具有最小的晶格平移矢量時，滑移的阻力最小，最容易發(fā)生開動。在鎂晶胞中，原子最密排面為（0001），原子最密排方向為<11-20>，且在{0001}面具有最大的晶面間距，因此基面<a>滑移最容易開動。鎂合金除了基面<a>滑移外，還有柱面<a>滑移、錐面<a>滑移和錐面<c+a>滑移，圖 1.1 給出了各

始啟動（階段 I），對應(yīng)材料的屈服；其次{10-12}拉伸孿晶（階段 II）；隨后孿晶的交互作用或二次孿生使加工硬化率10-12}拉伸孿生飽和，導(dǎo)致加工硬化率逐漸降低（階段 IV工硬化率的影響機制主要有以下三方面：(1) 孿晶界阻礙位化率[9,17]；(2) 孿生導(dǎo)致晶體轉(zhuǎn)動，使晶粒從初始的軟取向工硬化率[14,18]；(3) 使晶粒中的滑動位錯變成孿晶片層中率上升[16]。由于孿生極性的存在，鎂合金在不同受力方向觀組織演變差異較大，使鎂合金具有較強的力學(xué)性能各向[19,20]。此外，孿晶與變形鎂合金中裂紋的萌生與擴展有密為有重要影響[1,21,22]。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TG453.9;TG146.22

【參考文獻】

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本文編號：2586952