喷丸改性对7050铝合金FSW接头组织与疲劳裂纹扩展的影响

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本文先对7050铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)焊接试验,对比不同旋转速度下接头显微组织及力学性能,针对搅拌摩擦焊焊后接头组织不均匀,疲劳性能较差的问题,选择性能最优接头进行喷丸强化处理,从显微组织、力学性能、残余应力、疲劳裂纹扩展速率等试验进行对比研究,探究喷丸强化对FSW接头的组织和疲劳性能影响。(1)随着旋转转速的增加,焊核区晶粒尺寸逐渐增大,热机影响区晶粒变形尺寸增大,热影响区晶粒尺寸变化较小。接头显微硬度分布呈现焊核区硬度最高,热机影响区次之,热影响区最低。硬度的变化为,焊核区显微硬度随之转速增加而减小,热影响区硬度随转速增大而减小。转速较低时,接头断裂方式为韧-脆性混合断裂。当转速提高后,断裂方式转变为韧性断裂。转速的升高使焊核区沿横向方向残余应力先增大后减小,沿深度向方向应力先减小后增大。热影响区沿横向方向残余应力随转速增加而减小,沿深度方向应力随转速增加而增加。(2)选择综合性能最优的接头进行喷丸强化处理,接头表面粗糙度随喷丸时间增加而增加。不同喷丸时间处理下,接头表面呈现不同层状强化梯度结构,25min时表面强化层厚度达到最大的150μm,表面强化层晶粒尺寸纳米化,表层晶粒尺寸随喷丸时间增加而不断减小。不同喷丸时间下接头表层显微硬度相对于焊接态均有较大的提升,接头表层硬度从焊接态的148.8HV提高至喷丸态的213HV。不同喷丸时间处理对接头抗拉强度影响较小,相较于焊接态,抗拉强度有小幅度的提高。喷丸时间的增加使得接头引入残余压应力逐渐增大,残余应力最值位置不断变深。(3)选取综合性能较好的喷丸强化接头,进行疲劳裂纹扩展试验。喷丸处理后接头焊核区疲劳寿命最短,热机影响区次之,热影响区寿命最长,喷丸态接头所有区域疲劳寿命相较焊接态接头均提升25%以上。喷丸态接头焊核区疲劳裂纹扩展速率最快,热影响区扩展最慢。喷丸态接头不同区域疲劳裂纹扩展速率相较焊接态均降低。疲劳裂纹扩展初期,喷丸态接头所有区域疲劳断口上均存在疲劳辉纹,热机影响区疲劳断口中出现疲劳辉纹和轮胎花样压痕。疲劳裂纹扩展稳定期,焊核区和热机影响区出现了疲劳辉纹和二次裂纹。喷丸态相较于焊接态,疲劳断口上疲劳辉纹的数量增多,疲劳台阶增多,二次裂纹和孔洞增加。焊核区疲劳裂纹扩展方式为穿晶与沿晶扩展,热影响区疲劳裂纹扩展方式以穿晶扩展为主。
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