论文部分内容阅读
镁合金是目前最轻的金属结构材料之一，广泛应用于汽车、航空航天及通讯等领域，钢是目前工业上应用最广的结构材料，在工程领域必然面临两种材料的连接问题。由于二者的性能差异较大，采用传统的熔焊方法难以获得良好的焊接接头，且熔焊过程中镁元素易流失。搅拌摩擦焊（FSW）作为一种新型的连接技术，对克服性能差异大的异种材料难焊接问题具有很大优势，是异种材料连接比较理想的方法，对实现镁和钢良好连接具有重要的指导意义。本课题采用FSW技术对4mm厚的AZ31B镁合金和Q235低碳钢进行对接和搭接试验，研究了焊接工艺参数对焊缝成形及接头性能的影响，采用光学显微镜观察了接头组织转变形态，并利用扫描电镜、能谱分析及电子探针深入分析了镁/钢界面的元素分布特点及界面形态。研究结果表明，采用搅拌摩擦焊能成功实现镁/钢对接和搭接。镁/钢FSW对接焊时，当转速为600rpm，焊速为60mm/min，搅拌针偏移量为1mm，钢置于返回边时，焊缝成形较好，镁/钢连接紧密；焊核区上部主要由镁组成，晶粒较母材晶粒大，焊核底部含钢粒较多，镁侧热影响区晶粒发生了明显长大；钢侧热力影响区板厚方向由上至下组织转变为：不均匀板条状铁素体+先共析铁素体+珠光体→不均匀板条状铁素体+珠光体→细小针状铁素体+珠光体，钢侧热影响区和母材区组织为先共析铁素体+珠光体；焊核与钢侧界面沿板厚方向由不规则曲线向直线型转变，近焊核与钢侧界面处存在Mg元素向钢的短程扩散，而Fe元素并未向镁中扩散；接头横截面硬度呈高—不均匀—低变化，焊核局部区域硬度值很高，最高值达324.7HV；转速为600rpm，焊速60mm/min、搅拌针偏移量1mm时，接头抗拉强度值最高为176.5MPa，达镁合金母材强度的67.9%；接头抗拉强度分布不均，接头中部抗拉强度最高，抗拉强度高于接头整体抗拉强度，最高值达195.9MPa，达镁合金母材强度的75.3%，接头上部和接头底部抗拉强度低于接头整体抗拉强度；拉伸试验中接头一般断裂于焊核与钢界面，为脆性断裂。镁/钢FSW搭接焊时，当轴肩下压量为0.4mm，搅拌转速为950rpm，焊速为60mm/min时接头成形最好，焊核与钢界面呈“钳形”；接头钢侧热力影响区为板条状铁素体+珠光体组织，晶粒较母材晶粒细小，热影响区不明显；各区域的镁晶粒较母材晶粒都发生了长大，焊核底部近镁/钢界面晶粒长大最明显；焊缝横截面硬度整体分布不均，接头承受的最大拉剪力为6.39kN。