车用铝合金搅拌摩擦焊接头组织性能调控与成形性研究

摘要

近年来，汽车轻量化成为了传统燃油车和新能源汽车节能减排的一项共性基础技术。铝合金拼焊成形技术具有材料和结构双重轻量化优势，很好地满足了车身轻量化和碰撞安全性的要求。搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding,FSW）能够有效地连接铝合金等轻质材料，满足铝合金构件的强度要求。但是铝合金FSW接头存在变形不均匀、热处理后接头组织不稳定等问题，进而影响构件的成形性和使用性能。因此，有必要开展铝合金FSW接头的组织性能、热处理工艺以及接头变形规律的研究。 通过试验研究了2024-O和2024-T6铝合金FSW接头组织和力学性能规律。得到2024-O铝合金FSW接头的成形性更好，焊缝部分的强度明显大于母材，而且2024-O铝合金可以通过固溶时效过程来提高强度。因此，选用2024-O铝合金FSW接头开展后续热处理和成形性的研究。 通过探索固溶前退火处理、缩短固溶保温时间和降低固溶温度的方法来抑制固溶过程中接头发生晶粒异常长大（Abnormal Grain Growth，AGG）的问题。结果表明，降低固溶温度能够显著抑制接头AGG的发生。虽然降低固溶温度后的T6处理接头没有发生AGG，但其力学性能比正常T6处理接头低。通过在450℃固溶后引入冷拉伸变形，然后人工时效处理，接头的强度和硬度随着变形量的增加而不断提高。当变形量为10%时，接头的硬度和强度值达到最大。 通过杯突试验和热拉伸试验，获得了接头的胀形性能和热成形性能。合理的热处理工艺能够改善接头的胀形能力，450℃固溶处理后，接头的杯突值提高了49%。热拉伸试验时，接头试样的流变应力和延伸率主要受变形温度影响。在固溶温度内，随着变形温度的升高，接头的流变应力显著降低，延伸率相应提高。在450℃保温1min后热变形，接头焊缝的强度仍高于母材，而且接头的延伸率都在20%以上，满足加工成形要求。 本文旨在揭示高强铝合金FSW拼焊接头的微观组织和力学性能特征及其对成形性能的作用规律，调控热处理FSW接头的组织和力学性能，为铝合金FSW拼焊成形技术在汽车车身上的应用提供重要的理论依据。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 FSW接头组织性能研究

1.2.2 热处理对FSW接头组织性能的影响

1.2.3 FSW接头的成形性研究

1.3 主要研究内容与方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

第2章 研究方案与试验方法

2.1 实验材料

2.2 搅拌摩擦焊试验

2.3 热处理试验

2.3.1 退火热处理

2.3.2 T6热处理

2.3.3 形变热处理

2.4 组织及性能测试

2.4.1 微观组织观察

2.4.2 力学性能测试

2.4.3 杯突性能测试

2.5 本章小结

第3章 2024铝合金FSW接头微观组织和力学性能

3.1 2024铝合金FSW接头的宏观形貌和微观组织

3.1.1 FSW拼焊接头的宏观形貌

3.1.2 FSW拼焊接头的微观组织

3.2 2024铝合金FSW接头的力学性能

3.2.1 FSW拼焊接头显微硬度分布

3.2.2 FSW拼焊接头拉伸性能

3.3 本章小结

第4章 热处理对FSW接头组织及力学性能的影响

4.1 固溶处理FSW接头的组织调控

4.1.1 固溶前退火处理对FSW接头组织的影响

4.1.2 固溶保温时间对FSW接头组织的影响

4.1.3 固溶温度对FSW接头组织的影响

4.2 T6处理对FSW接头组织性能的影响

4.2.1 T6处理FSW接头的组织形貌

4.2.2 T6处理FSW接头的力学性能

4.3 形变热处理对FSW接头组织性能的影响

4.3.1 形变热处理接头组织形貌

4.3.2 形变热处理接头力学性能

4.4 本章小结

第5章 铝合金FSW接头的成形性研究

5.1 FSW接头的杯突性能

5.1.1 试验结果

5.1.2 分析与讨论

5.2 FSW接头的热拉伸性能

5.2.1 接头热拉伸的力学性能

5.2.2 接头热拉伸的塑性变形行为

5.3 本章小结

第6章 结论

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果