7075铝合金搅拌摩擦加工工艺参数对组织性能的影响

摘要

7075铝合金作为可热处理强化的高强铝合金，被广泛应用于航天、航空以及汽车等工业领域。搅拌摩擦焊接和加工技术作为一种固相焊接加工方法，发明后很快应用到铝合金和镁合金等轻合金的研究和应用中。关于7075铝合金焊接和加工方面的相关研究很多，从已有研究发现，获得无缺陷的工艺参数变化范围较广，但多数研究仅考虑了单一工艺参数条件，缺乏在较大工艺参数变化范围内对7075铝合金搅拌摩擦焊接和加工后组织与性能影响的系统定量研究。本论文工作采用光学显微镜、扫描电镜、背散射电子通道衬度相（ECC）及显微硬度等手段，较系统分析了较大工艺参数变化范围下7075铝合金的搅拌摩擦加工组织和性能变化规律，研究结果对7075铝合金搅拌摩擦焊接研究较强的理论和实际意义。
　　轧制态7075铝合金搅拌摩擦加工试验结果表明,搅拌头旋转速度为400～1200rp m，焊接速度为60～10O mm/min时均能获得外观成形好、内部无缺陷的搅拌摩擦加工组织结构。研究表明各个工艺参数下从板面到板底中心的晶粒尺寸变化普遍规律是：当焊接速度恒定不变时，搅拌头旋转速度增加时,焊核区面积增加，从板面到板底热力影响区范围扩大，板底变化较为明显，焊核中心晶粒尺寸增大；搅拌头的旋转速度确定时,焊接速度越大，焊核区的面积越大，焊核中心晶粒尺寸减小；当线速度（旋转速度/焊接速度）相同时，焊核区面积基本相同,旋转速度增加，焊核中心晶粒尺寸稍有增加。
　　加工区域定点显微硬度测试的硬度分布表明：各个工艺参数的多数层面上，硬度值并非以加工中心线为对称分布，硬度最低值位于前进侧的TMAZ/HAZ交界面附近；在1.0-3.5mm层面上硬度分布呈W型，在0.5 mm层面上呈V型；焊核区硬度明显要低于母材区，加工中心线上的硬度从板面到板底逐渐降低，焊核区的顶部具有更加细小的等轴再结晶晶粒，硬度值较大。研究表明，焊接速度确定，旋转速度增加时，焊核区和热机影响区的硬度有所增大，尤其是1200rpm时焊核区的硬度增加明显，TMAZ/HAZ处的硬度最低值与焊核区硬度差异增大；当旋转速度确定，随着焊接速度的增加，焊核区平均硬度降低，焊核区最高值不断降低；当旋转速度与焊接速度比值确定时，随着旋转速度的增加，焊核区平均硬度值稍有增加，但整体硬度变化趋势不大。
　　各个工艺参数下，从板面到板底的晶粒尺寸和硬度值呈现减小的趋势，表明沉淀相形态对加工区性能有重要影响，沉淀相粒子对7075高强铝合金FSP焊核区接头的强化作用要优于细晶强化。
　　通过背散射电子通道衬度（ECC）对比加工区域的硬度分布图与金相显微图分析研究表明，焊核区晶粒由细小的等轴晶组成，且从底部至顶部晶粒越来越大，晶界相逐渐减少，晶内析出相却逐渐增多，硬度分布由板底到板面逐渐增大。
　　研究表明：当焊接速度确定，旋转速度增加时，焊核区硬度明显增加，硬度的增加与焊核区晶粒逐渐变小、粒内弥散分布的第二相粒子数量明显增加有关；当旋转速度确定，焊接速度增加时，焊核区硬度降低，晶粒尺度减小，硬度的降低主要受焊核区晶内析出第二相数量增多的影响；当线速度相同时，随着旋转速度增加，焊核区硬度增加，晶内析出的第二相数目增加，析出第二相的尺寸也变小，表明组织内第二相尺寸及分布对搅拌摩擦加工后性能影响很大。

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1 绪 论

1.1 铝合金传统焊接的方法和特点

1.2 搅拌摩擦焊接（加工）的方法和特点

1.3 搅拌摩擦焊接（加工）在铝合金中的应用及研究现状

1.4 7075铝合金搅拌摩擦焊接（加工）区域的结构特点

1.5 7075铝合金搅拌摩擦焊接接头性能的研究

1.6 课题研究内容

1.7 技术路线

2 试验材料与试验方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法

3 不同加工参数下的微观组织研究

3.1 旋转速度对焊核区微观组织的影响

3.2 焊接前进速度对焊核区微观组织的影响

3.3 线速度对焊核区微观组织的影响

3.4 小结

4 不同焊接参数下的的显微硬度分析

4.1 旋转速度对显微硬度的影响

4.2 焊接速度对显微硬度的影响

4.3 旋转速度与焊接前进速度比值对显微硬度的影响

4.4 小结

5 不同焊接参数下组织与性能的关系分析

5.1 旋转速度改变时组织与性能的影响分析

5.2 焊接前进速度改变时组织与性能的影响分析

5.3 线速度相同时组织与性能的影响分析

5.4 小结

6 结论

致谢

参考文献