压铸态镁/铝异种合金搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

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镁合金和铝合金压铸件是工程上常用的轻量化构件,广泛用于汽车、3C产品和电器制造等领域。为了充分发挥其各自的材料特性,提高结构设计的灵活性,在某些工程应用中需要将两者进行焊接连接。由于压铸充型过程中的工艺历史特征,压铸件中往往存在大量微观气孔,在熔化焊时,这些气孔会受热膨胀,导致焊缝产生严重气孔缺陷,并且生成大量脆硬的金属间化合物,严重恶化接头性能。搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术,可避免熔化焊导致的严重气孔缺陷,有效减少大量金属间化合物的生成,成为压铸镁和铝合金高质量焊接的理想选择。本课题以常见的压铸态AZ91D镁合金和ADC12铝合金异种合金的搅拌摩擦焊接头为研究对象,通过分析材料的相对位置、搅拌针的偏置、转速等工艺参数对接头宏观形貌和微观组织的影响,研究压铸态镁/铝异种合金搅拌摩擦焊过程的工艺条件、微观组织的演化规律以及其对接头的力学性能的影响机制,探究压铸态镁/铝异种合金搅拌摩擦焊的连接特性,旨在为压铸态镁/铝异种合金的搅拌摩擦焊连接工程应用提供理论及实践支撑。论文主要研究结果如下:(1)压铸态AZ91D镁合金与ADC12铝合金搅拌摩擦焊接工艺试验表明,压铸铝置于前进侧、搅拌针偏向铝侧0.5 mm、焊接速度为40 mm/min、搅拌头旋转速度为900 mm/min时,可以得到外观成型和力学性能均优良的搅拌摩擦焊接接头,最高抗拉强度102.6 MPa,是母材抗拉强度的51%。(2)接头焊核区镁/铝合金相互混合,发生机械互锁,组织呈现条带状特征;母材中大尺寸气孔转变为弥散微型孔,气孔总量减少,而且随着转速增加,微型孔洞数量和尺寸有增加趋势;接头前进侧和后退侧的热机影响区铸态组织和条带状组织共存;热影响区保持铸态组织特征,较母材有所长大,但变化不明显。(3)接头焊核区中原铸态粗大α-Al和α-Mg相明显细化;存在呈颗粒状弥散分布的Si、Mg17Al12、Mg2Al3和Mg2Si相,弥散分布,且随着转速增加,颗粒相尺寸呈一定的先降后增趋势。(4)接头拉伸断裂均发生在前进侧(铝侧)热机影响区和焊核的交界处,该处组织发生突变并检测到脆性相的存在,断口特征主要有解理台阶、撕裂棱、微孔和少许韧窝,准解理断裂特征明显。(5)初步探索了Cu箔对压铸镁合金/铝合金搅拌摩擦焊接接头的影响。相较于未使用铜箔的焊接接头,在相同的工艺条件、实验参数下,使用铜箔后,铜元素在焊核区弥散分布,镁元素在焊核区前进侧部位发生聚集在热机影响区与焊核区的交界处,对接头性能造成了负面影响。
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