挤压态AZ31镁合金/7075铝合金的扩散连接

摘要

镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高，减震性好、耐蚀性能差等特点;铝合金密度低，比强度高、塑性好，加工性能好，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性等性能。实现镁和铝的可靠连接可以充分发挥各自的优良性能，降低结构重量，节约材料，扩大应用领域，如汽车、航空航天、交通运输、电子产品等。由于镁和铝的相互溶解度、线膨胀系数等不同，而且很容易形成氧化膜，使得镁和铝的焊接比较困难，采用熔焊方法焊接镁铝异种金属时，接头界面区容易产生热影响区较宽、裂纹、气孔等缺陷。扩散焊作为一种先进的固相焊接技术，可以有效避免熔焊过程中的焊接缺陷，在异种材料连接领域得到广泛的应用。因此，研究镁/铝异种金属的扩散连接有重要的实用价值。
　　为了获得优良的焊接接头，在扩散焊前对AZ31镁合金和7075铝合金再结晶退火，使得组织均匀、晶粒细化。AZ31镁合金在退火温度300℃，保温时间30min时，晶粒尺寸从原始的21.15μ m细化到12.35μ m，细化比例达41.61％;7075铝合金在退火温度350℃，保温时间60min时，晶粒尺寸达到最小。
　　将在最优参数时再结晶退火后的AZ31镁合金和7075铝合金进行真空扩散连接，分析不同的焊接温度和保温时间对扩散连接效果的影响，观察不同工艺参数下晶粒尺寸变化和扩散层宽度，利用EDS分析界面过渡区元素分布，测量接头剪切强度和界面过渡区显微硬度。
　　在温度大于450℃时，镁与铝发生共晶反应，界面扩散层生成了Mg2Al3、MgAl、Mg17Al12这3种金属间化合物。由于脆性金属间化合物的生成，界面过渡层的硬度大于基体硬度，近铝侧硬度值达到最大249.6HV。在焊接压力和真空度一定的情况下，焊接温度和保温时间相互关联，共同影响焊接接头组织结构和性能。焊接温度越高或者保温时间越长，晶粒长大越严重，扩散层越宽。当焊接温度为470℃、保温时间为60min时，接头剪切强度达到最大值38.41MPa。
　　通过对比焊接前经过再结晶退火处理和未热处理对焊接效果的影响发现，经过再结晶退火细化晶粒后扩散连接的接头性能较好，基体的晶粒尺寸和形成的扩散层宽度较小，组织更加致密，接头剪切强度明显提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 异种材料的焊接性分析

1．2．1 镁合金与铝合金焊接性

1．3 镁合金与铝合金焊接的研究现状

1．3．1 熔焊连接

1．3．2 固相焊连接

1．4 扩散连接

1．4．1 扩散连接基本原理

1．4．2 扩散焊技术的特点

1．4．3 扩散焊技术的影响因素

1．5 镁合金与铝合金的晶粒细化

1．5．1 镁合金的晶粒细化

1．5．2 铝合金的晶粒细化

1．5．3 再结晶退火

1．6 课题研究意义和内容

第二章 实验材料、设备及方案

2．1 实验材料

2．2 实验设备

2．3 实验方案及参数选择

2．3．1 再结晶退火

2．3．2 扩散焊接试验

2．3．3 扩散焊金相试样制备及显微组织观察

2．3．4 扩散焊接扩散层成分测定

2．3．5 扩散焊接显徼硬度测试

2．3．6 扩散焊接头剪切强度测试

第三章 AZ31镁合金和7075铝合金的再结晶退火

3．1 再结晶退火

3．1．1 退火过程中的再结晶

3．1．2 影响因素

3．2 AZ31镁合金退火结果及分析

3．2．1 原始晶粒尺寸

3．2．2 再结晶退火结果

3．2．3 退火温度和保温时间对晶粒尺寸的影响

3．3 7075铝合金退火结果及分析

3．4 本章小结

第四章 AZ31镁合金和7075铝合金扩散焊接的研究

4．1 引言

4．2 AZ31／7075扩散焊接头的组织结构及性能

4．2．1 扩散焊界面过渡区组织

4．2．2 扩散焊接头的显徼硬度

4．2．3 扩散焊接头的剪切强度

4．3 工艺参数对扩散焊接头的影响

4．3．1 焊接温度对扩散焊接头的影响

4．3．2 保温时间对扩散焊接头的影响

4．4 初始晶粒尺寸对扩散焊接头的影响

4．5 本章小结

第五章 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文