热处理对AZ31镁合金及其焊接接头组织和力学性能影响研究

摘要

镁合金作为最轻的金属结构材料具有密度低比强度和比刚度高阻尼减震效果好热导率高电磁屏蔽性能佳机械加工性能好零件尺寸稳定和易回收等优点在航空航天汽车、电子家用电器等行业领域具有广泛的应用基础和广阔的应用前景。焊接作为形成构件的重要手段，使得镁合金在工业制造领域的应用都离不开焊接技术的支持。但由于镁合金具有熔点低、线膨胀系数和导热系数高等特点，使得其在焊接热循环作用后易出现氧化、热影响区过宽，合金元素的损失等问题，从而难以获得与母材性能相匹配的焊接接头。镁合金焊接接头热影响区域组织一般比较粗大，热处理可以改善材料的组织和力学性能，对镁合金及其焊接接头进行适当的热处理可以为扩展其应用提供必要的理论基础，因此，本研究热处理对 AZ31镁合金及其焊接接头组织和力学性能影响具有一定的理论意义和实用价值。
　　论文对2.7mm厚的 AZ31B镁合金母材及其 TIG焊接接头进行了退火和均匀化处理，采用光学显微镜、扫描电镜对母材和接头的显微组织在热处理过程中的变化进行了比较，同时采用 EDS和 XRD分析了母材和焊接接头在热处理前后析出相和焊接过程中焊缝区成分的变化；采用万能试验机对母材和焊接接头进行拉伸试验，对比和分析了母材和焊接接头不同热处理条件下抗拉强度和伸长率的变化；对拉伸断口形貌及断裂机理进行了分析，同时研究了母材和焊接接头在热处理前后硬度的变化规律。
　　结果表明，镁合金母材的晶粒粗大且大小分布不均，焊缝区晶粒表面有大量析出物，晶界模糊不清；在退火和均匀化处理过程中，焊缝区的析出物逐渐溶于基体，母材和焊缝区的晶粒发生再结晶，新生成的小晶粒逐渐长大吞噬较大的晶粒；在400℃退火1h后，母材和焊缝区的晶粒都变得均匀细小，焊缝区的铸态组织相比母材更加均匀细小；当退火温度升高到450℃时，退火1h后焊缝区和母材区域晶粒急剧长大，组织变得不均匀。通过对焊缝区析出物进行 EDS和 XRD分析可知，在光学显微镜下显示为黑色的析出物而在扫描电镜下为亮白色的粗大颗粒物为由过饱和的金属原子富集而成，在焊缝区和母材并未发现低熔点共晶化合物 Mg17Al12，随着退火温度的升高，粗大的金属原子富集颗粒逐渐溶于基体。
　　对镁合金母材拉伸试验结果表明，热处理对镁合金母材性能影响不大，抗拉强度和伸长率变化不明显；试验显示，热处理显著改善了焊接接头的性能，当退火温度从200℃升高到400℃时，抗拉强度和伸长率都逐渐提高，在400℃退火1h后，抗拉强度和伸长率达到最大值，当退火温度升高到450℃时，抗拉强度和伸长率急剧下降。当对焊接接头进行不同温度相同时间的均匀化处理后接头的拉伸性能发现同样的规律，当焊接接头从250℃均匀化处理10h到400℃均匀化处理10h范围内，接头的抗拉强度和身材率显著提高。而当均匀化温度升高到450℃时，抗拉强度和伸长率都急剧下降。
　　对镁合金焊接接头的拉伸断口分析结果表明，当退火温度在250℃退火1h或者在250℃均匀化处理10h后，拉伸断口有较小的层面状结构，为典型的脆性断裂面，与对应的伸长率相互印证；当退火温度为400℃退火1h或400℃均匀化处理10h后，拉伸断口出现大小不一的韧窝，具有塑性断裂的特征。

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第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2镁合金焊接方法及研究进展

1.3镁合金热处理方法及研究进展

1.4研究内容

1.5技术路线

第二章 试验材料及方法

2.1引言

2.2试验材料与焊接工艺

2.3 试验方法与设备

第三章 退火对AZ31B镁合金焊接接头组织和性能的影响

3.1引言

3.2退火对接头组织的影响

3.3退火对焊缝成分的影响

3.4退火对接头拉伸性能的影响

3.5退火对焊缝区硬度的影响

3.6本章小结

第四章 均匀化处理对AZ31B镁合金焊接接头组织和力学性能的影响

4.1引言

4.2均匀化热处理对焊接接头组织的影响

4.3均匀化处理对焊缝区析出物的影响

4.4均匀化处理对接头力学性能的影响

4.5均匀化处理对接头拉伸断口的影响

4.6本章小结

第五章 退火和均匀化处理对AZ31B镁合金板材组织和力学性能的影响

5.1引言

5.2退火和均匀化处理对AZ31B变形镁合金板材组织的影响

5.3退火和均匀化处理对AZ31B变形镁合金板材力学性能的影响

5.4本章小结

第六章 结论

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况