AZ40M/AZ61A异种镁合金搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

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针对工艺参数对AZ40M/AZ61A异种镁合金搅拌摩擦焊(FSW)的影响,本研究采用不同工艺参数(搅拌针形状、焊接速度、材料相对位置)对6.2mm厚AZ40M与AZ61A异种镁合金进行了搅拌摩擦焊接,利用数码相机、体视显微镜、光学显微镜、扫描电镜(配有EDS)、XRD、透射电镜与EBSD等研究了 AZ40M/AZ61A异种镁合金搅拌摩擦焊接头表面形貌、宏观形貌、微观组织演变与晶体学信息,采用显微硬度仪、万能试验机与电化学工作站等设备对接头的显微硬度、拉伸性能与耐蚀性进行了测试。研究结果表明:采用锥形无螺纹搅拌针获得的FSW接头中存在隧道型缺陷与孔洞等焊接缺陷,拉伸性能较差;采用锥形螺纹搅拌针获得的接头材料流动充分,两侧材料混合较好,拉伸性能也高于无螺纹搅拌针获得的FSW接头。在其他工艺参数固定时,焊接速度对接头力学性能影响较大;其中1200rpm-70mm/min获得的接头拉伸性能最优,抗拉强度与延伸率分别为235MPa与6%;1200rpm-50mm/min工艺参数下获得的接头由于表面液化裂纹与接头内部隧道型缺陷的存在导致其抗拉强度与延伸率最低,分别为143Mpa与1.66%。焊核区两种材料的界面随搅拌针的偏置而发生偏移。AZ40M镁合金置于前进侧时,接头两侧材料混合较充分。采用AZ40M镁合金置于前进侧且无搅拌针偏置的焊接位置可获得更优的拉伸性能。不同工艺参数获得的FSW接头横截面显微硬度整体上呈“W”状,即两侧母材与焊核区显微硬度值高于两侧热影响区与热机械影响区组成的混合区。由于接头不同区域显微组织、亚晶比例、大小角度晶界比例、局部取向差、施密特因子分布与织构强度等因素的差异导致拉伸试样在焊核区偏前进侧位置发生断裂,与面硬度分布图中的软化区域相对应。焊核区发生动态再结晶后形成较细小的等轴晶,接头板厚方向上热输入的差异导致晶粒尺寸存在差异。与母材相比,焊核区沉淀相较细,且分布均匀,由透射电镜观察可知:焊缝中沉淀相主要为A18Mn5相与Mg17A112相,沉淀相与基体呈非共格界面。焊核区存在的高密度位错区域与沉淀相相互作用可形成规则的高密度位错网络,并逐步发展为亚晶界与大角度晶界,焊核区发生连续动态再结晶。AZ40M母材、2#FSW接头区域与AZ61A母材在3.5%NaCl溶液中的极化曲线与静态失重腐蚀试验研究结果表明,AZ61A母材的耐蚀性优于AZ40M母材与2#FSW接头。
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