冷轧变形对搅拌摩擦焊接AZ31镁合金微观组织与性能影响的研究

摘要

尽管晶粒得以细化，搅拌摩擦焊接（FSW）镁合金的焊接性能常低于其母材。不少报道中焊后材料的抗拉强度甚至延伸率与母材相当，但屈服强度普便远低于母材，其主要原因是织构弱化抵消了细晶强化的作用。本文通过对FSW焊后样品进行少量轧制变形并低温退火，通过引入孪生强化焊接“薄弱区”来提高焊后材料的屈服强度。另外，本文利用电子背散射衍射技术（EBSD）、扫描电子显微镜（SEM）、金相分析（OM）等手段，详细研究了冷轧后搅拌区内及搅拌区附近各不同微区的微观组织和晶粒择优取向的情况。预变形前后 FSW样品横向拉伸测试结果表明：与焊接态材料相比，进行少量冷变形（2％）可将焊接态材料的屈服强度提高50%并只损失少量延伸率；而较大的冷变形会导致强烈的应力集中，使得延伸率大大下降。另外，通过对各变形量的样品进行低温退火，大变形样品的延伸率可以恢复到60%-70%预变形前的水平。
　　实验结果表明：通过结合预轧制和低温退火引入孪生并消除一部分加工硬化，FSW样品屈服强度可以提高到母材的水平并且只带来少量的延伸率降低。另外，本文对 FSW样品的断裂位置进行了一些探索性实验和思考。初步结果表明：热机械影响区（TMAZ）和搅拌区（SZ）界面处的织构/晶粒尺寸的突变不一定是导致断裂的主要原因；相反，在轴肩影响区、热机械影响区、搅拌区三处的交界处更有可能萌生裂纹。

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1 绪 论

1.1 镁及镁合金

1.2 我国镁合金现状

1.3 镁合金中的变形系统

1.3.1 镁合金中的滑移系

1.3.2 变形机制之孪生

1.3.3 孪生对变形的作用及影响

1.3.4 孪生的研究现状及方法

1.4 搅拌摩擦焊及搅拌摩擦加工

1.4.1 搅拌摩擦焊接历史

1.4.2 搅拌摩擦焊的工艺原理

1.4.3 搅拌摩擦焊接的特点及优点

1.4.4 双轴肩搅拌摩擦焊

1.4.5 搅拌摩擦焊异种焊接

1.4.6 搅拌摩擦加工(FSP)

1.4.7 搅拌摩擦焊/加工镁合金研究现状

1.5 课题研究目的和内容

1.5.1 课题研究的目的和意义

1.5.2 课题研究内容技术路线

2 实验材料与实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.2.1 板材的焊接和取样工艺

2.2.2 样品的预变形，预拉伸及退火.

2.2.3 光学显微镜观察

2.2.4 SEM-EBSD观察

2.2.5 EBSD的数据采集和处理

2.2.6 室温拉伸实验

2.2.6 扫描电镜观察（ECC模式和SE模式）

3 搅拌摩擦焊接样品及其预变形后的组织性能

3.1 搅拌摩擦焊接材料初始组织和焊后表面质量

3.2 焊接态组织与性能

3.2.1 焊接态宏观形貌

3.2.2 FSW焊接区显微组织与织构分布

3.3 0度高参数AZ31样品轧制后合金组织和性能

3.3.1 0度高参数样品轧制后组织和力学性能

3.3.2 轧制（退火）后拉伸性能及断裂位置

3.4 90度高参数样品轧后组织及性能

3.5 低参数样品轧制后力学性能和断裂位置

3.5.1 45度和90度低参数样品轧制样品性能

3.5.2 轧制和预拉伸对45度低参数样品拉伸性能的影响

4 搅拌摩擦焊样品断裂位置的思考和分析

5 结 论

致谢

参考文献