稀土镁合金NZ30K激光焊接头组织演变与力学性能研究

摘要

目前镁合金在航空航天、机械制造以及电子产品等行业中有着广泛的应用，但其强度低、耐腐蚀性差严重制约了镁合金的发展。为了提高镁合金的性能、推广镁合金的应用领域，近年来含稀土元素的新型镁合金及其连接技术得到了广泛的关注。采用传统熔焊方法焊接镁合金会造成焊接变形大、热影响区性能变化大等缺点。激光焊作为高能束焊接方法之一是解决上述问题的途径之一。
　　本文针对4mm的NZ30K稀土镁合金，采用激光自熔焊的方法进行焊接，研究了不同焊接工艺参数对焊缝成形、接头组织和性能的影响规律，通过OM、SEM、EDS、XRD等测试方法观察和分析了接头不同部位的组织演变行为和特征，确定了焊缝中析出相的种类；通过接头的拉伸试验测试分析了接头的力学性能，从而阐明了焊接工艺参数和接头组织特征、接头性能的关系；对比分析了AZ31镁合金和NZ30K稀土镁合金在高温条件下(200?C)的拉伸性能，同时研究了常温下不同接头腐蚀性能的差异。
　　对NZ30K镁合金试验所得接头进行了力学性能测试，并对接头的高温(200?C)力学性能进行测试。通过利用金相显微镜、SEM、EDS、XRD等手段进行分析，观察焊缝显微组织以及合金元素分布；研究结果表明：当采用激光功率3kW、焊接速度3m/min、离焦量-5mm时焊缝接头抗拉强度达到228MPa，是母材抗拉强度的90％左右。接头高温抗拉强度达到162MPa，是接头常温抗拉强度70%左右。激光焊接后接头力学性能良好。焊缝组织主要由大量的等轴晶组成，Nd元素主要集聚在晶界处，晶界处主要成分为Mg12Nd，激光焊接后焊接接头没有明显的软化现象。
　　对AZ31激光焊接头进行试验研究，观察其显微组织，对其力学性能以及腐蚀性能进行测试。研究结果表明：AZ31接头焊缝组织主要为树枝晶，接头常温抗拉强度可达224MPa，高温抗拉强度仅为105MPa，高温下接头性能下降明显。焊缝区域会出现软化现象。
　　分别对NZ30K和AZ31两种接头进行浸泡腐蚀试验以及电化学腐蚀试验，所得结果显示NZ30K的耐腐蚀性能比AZ31好。稀土镁合金焊接接头中含有稀土元素Nd，可以提高焊缝组织中α-Mg相的耐腐蚀能力。同时在稀土镁合金接头焊缝区域组织主要为大量细小的等轴晶，在晶界上连续分布着Mg12Nd相，可以起到阻碍腐蚀的作用，从而降低整个焊缝接头的腐蚀速度，提高焊缝耐腐蚀性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2镁合金的激光焊接研究现状

1.3镁合金激光焊接缺陷和性能

1.4 镁合金激光焊接接头腐蚀性能

1.5 研究内容

第2章 试验材料及方法

2.1试验材料

2.2试验设备与方法

2.3焊接接头微观组织与性能分析

第3章 NZ30K镁合金激光焊焊接工艺研究

3.1 引言

3.2 工艺参数对焊缝成形的影响

3.3 本章小结

第4章 NZ30K镁合金激光焊接接头组织及力学性能分析

4.1 激光焊接接头组织分析

4.2 激光焊接接头力学性能

4.3 激光焊接接头显微硬度

4.4 热输入对接头组织及性能的影响

4.5 本章小结

第5章 稀土镁合金NZ30K与AZ31镁合金的激光焊接接头分析

5.1 焊缝成形比较

5.2 微观组织和元素分布的比较

5.3 力学性能的比较

5.4 腐蚀性能的比较

5.5 NZ30K和AZ31对接试验

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢