固溶态7075铝合金搅拌摩擦加工过程中微观组织结构演变与性能研究

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难以熔焊焊接的高强度7075铝合金是搅拌摩擦焊接或加工广泛研究的材料。然而,目前的研究都是针对焊缝最终状态的组织,难以真正了解7075铝合金搅拌摩擦焊接或加工过程中的微观组织结构演变规律。基于应用的考量,7075铝合金搅拌摩擦焊接或加工的研究多集中于时效态,对固溶态7075铝合金的研究相对缺乏。因此,本论文通过搅拌摩擦急停加工的方法,结合显微硬度试验、室温拉伸试验以及背散射电子通道衬度相技术(SEM-ECC),研究了固溶态7075铝合金搅拌摩擦加工过程中组织和性能的演变,同时采用电子背散射衍射技术(SEM-EBSD)研究了固溶态7075铝合金搅拌摩擦加工过程中晶粒演变、动态再结晶机制和微观织构演变。本论文的主要研究结果有以下几个方面:①对急停加工区域纵截面(RD-TD面)进行了系统的显微硬度试验和SEM-ECC组织观察。结果表明:急停加工区域的轴肩边缘位置形成一个n形状的低值硬度区域。在n形状区域内部,焊核区硬度在回退侧高于前进侧;在锁孔前方及锁孔的前进侧和回退侧,随着距锁孔边缘距离的增加,亚晶的数量逐渐减少,第二相的数量和尺寸逐渐增加;锁孔后方边缘处形成了再结晶晶粒,并随着距锁孔边缘距离的增加,晶粒尺寸只有稍许的增大,第二相析出量则逐渐增加。②对锁孔中心后方不同位置横截面(ND-TD面)进行了系统的显微硬度试验和SEM-ECC组织观察。结果表明:随着距锁孔中心距离的增加,横截面上的硬度分布波动越大,软化带特征越明显,焊核区和软化带区域的硬度逐渐减小。焊核区底部至顶部硬度逐渐增加。焊缝冷却过程中,焊核区组织结构演变主要是晶粒内细小第二相在温度作用下发生长大,同时晶界处析出了较大的第二相,软化带区域的晶粒结构演变是晶粒内第二相在热循环作用下逐渐粗化。③焊核区中心底部至顶部的SEM-ECC组织观察和室温拉伸试验表明:焊核区中心再结晶晶粒由底部至顶部逐渐增大,晶粒内的细小第二相逐渐增加,晶界处较大的第二相逐渐减少。焊核区中心底部至顶部,抗拉强度和断后延伸率逐渐增加,结合焊核区硬度分布,表明弥散强化机制是对硬度和强度起主要作用的因素。④急停加工区域纵截面的EBSD研究表明:初始轧制晶粒在搅拌头作用下沿锁孔边缘逐渐演变,最终在锁孔后方形成了再结晶晶粒。前进侧和回退侧热机影响区的晶粒都发生了不同程度的动态回复和动态再结晶,不同的是受搅拌头的作用力方式。固溶态7075铝合金搅拌摩擦加工过程中,动态再结晶机制为几何动态再结晶和连续动态再结晶两种机制。微观织构研究表明,拥有典型轧制织构的初始轧制态晶粒在搅拌头剪切作用下,持续向着有利于剪切变形的方向偏转并逐渐演变成较强的B/B剪切织构组分。
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