6mm厚AZ31B鎂合金板電子束焊接實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬

對(duì)鎂合金板材軋制過(guò)程的熱量變化方程進(jìn)行推導(dǎo),并用有限元方法分析此熱力耦合過(guò)程,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明:板材在軋制過(guò)程中有較大的溫度變化,軋制過(guò)程板料的溫度變化主要是由變形產(chǎn)熱、摩擦生熱和板料-軋輥熱傳導(dǎo)、以及與環(huán)境的傳熱情況決定,并且受板和軋輥間溫度差的影響;隨著板溫度的下降,軋制力和等效應(yīng)力線性增加,最大軋制力是最小軋制力的3倍;當(dāng)溫度降到210℃,等效應(yīng)力達(dá)到160mpa時(shí),板料出現(xiàn)邊裂缺陷,達(dá)到軋制成型極限;板料較佳軋制溫度應(yīng)高于210℃。

AZ31B鎂合金點(diǎn)焊接頭的斷口特征和耐蝕性分析

AZ31B鎂合金TIG焊焊接接頭的疲勞性能

鋁合金因其良好的性能在航空航天、交通工具、機(jī)械制造等領(lǐng)獲得了廣泛應(yīng)用,其焊接性限制了鋁合金的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。電子束焊因其熔透性高、接頭性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)成為鋁合金焊接的重要方法之一。簡(jiǎn)述了電子束焊接的基本原理和特點(diǎn),綜述了鋁合金電子束焊在工藝、接頭組織性能、接頭缺陷預(yù)測(cè)和有限元數(shù)值模擬技術(shù)等方面的研究工作,展望了鋁合金電子束焊接的發(fā)展方向,對(duì)于今后系統(tǒng)開展鋁合金電子束焊接具有一定的參考。

規(guī)范參數(shù)對(duì)AZ31B鎂合金點(diǎn)焊接頭組織和性能的影響

太原理工大學(xué) 碩士學(xué)位論文 az31b鎂合金焊接接頭疲勞性能改善方法研究 姓名：張?zhí)m 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士 專業(yè)：材料加工工程 指導(dǎo)教師：王文先 20100501 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 i az31b鎂合金焊接接頭疲勞性能改善方法研究 摘要 鎂合金具有輕質(zhì)高強(qiáng)，資源豐富，易于回收等一系列優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21 世紀(jì)綠色金屬結(jié)構(gòu)材料”。發(fā)展復(fù)雜的大型鎂合金結(jié)構(gòu)，焊接技術(shù)是最為重 要、快捷的加工方法之一，也是突破鎂合金廣泛應(yīng)用瓶頸的重要手段。然 而，統(tǒng)計(jì)資料表明，70%~90%的焊接結(jié)構(gòu)失效是由于焊接接頭的疲勞斷裂 造成。因此，研究鎂合金焊接接頭的疲勞性能及改善方法具有重要的理論 意義和實(shí)際價(jià)值。 本文對(duì)az31b鎂合金對(duì)接和十字兩種接頭型式的焊接試件的疲勞性能 進(jìn)行了研究。az31b鎂合金對(duì)接接頭的試驗(yàn)中值s-n曲線為 lgn=

采用與母材同質(zhì)的焊絲對(duì)az31b鎂合金板材進(jìn)行手工鎢極氬弧焊,利用專門設(shè)計(jì)的模具對(duì)鎂合金熔焊接頭進(jìn)行423k彎曲變形試驗(yàn),通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡及拉伸試驗(yàn)機(jī)等手段,研究了彎曲前、后的az31b鎂合金熔焊接頭的微觀組織及力學(xué)性能。結(jié)果表明:az31b鎂合金熔焊接頭經(jīng)423k彎曲變形后,焊縫區(qū)和熱影響區(qū)都出現(xiàn)了一定的孿晶,接頭熱影響區(qū)鑄態(tài)枝晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的孿晶組織,孿生成為接頭主要的變形機(jī)制;焊縫近表面處孿晶密度比中部密度大,焊縫及熱影響區(qū)晶粒明顯得到細(xì)化;接頭抗拉強(qiáng)度由原先的178mpa增加至216mpa,伸長(zhǎng)率由7%提高到9%。

以al基釬料對(duì)變形鎂合金az31b進(jìn)行了高頻感應(yīng)釬焊,研究了變形鎂合金az31b釬焊接頭的釬縫物相和力學(xué)性能。采用掃描電鏡、x射線衍射儀、x射線能譜分析儀等分析了接頭的界面組織及釬縫生成相,測(cè)試了接頭的抗拉強(qiáng)度及界面生成相的顯微硬度。結(jié)果表明:釬縫中釬料與母材發(fā)生界面反應(yīng)生成α-mg,-βmg17(al,zn)12相。釬焊搭接接頭平均剪切強(qiáng)度為27mpa,對(duì)接接頭平均抗拉強(qiáng)度為42mpa。對(duì)接接頭斷口的主要斷裂形式為沿晶脆性斷裂,斷裂主要產(chǎn)生在-βmg17(al,zn)12硬脆相處。

特種焊接設(shè)備使用與維護(hù) 1 12mm板厚q345真空電子束焊接工藝 一、母材技術(shù)狀況 1、母材的選擇：母材選用尺寸為300mm×100mm×12mm的q345試件二塊。 其交貨狀態(tài)為熱軋。 2、q345是一種低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。q代表的是這種材質(zhì)的屈服強(qiáng)度，后 面的345，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在345mpa左右。廣泛應(yīng)用于建筑，橋梁、 車輛、船舶、壓力容器等。q345綜合力學(xué)性能良好，低溫性能尚可，塑性和焊 接性良好，用做中低壓容器、油罐、車輛、起重機(jī)、礦山機(jī)械、電站、橋梁等承 受動(dòng)載荷的結(jié)構(gòu)、機(jī)械零件、建筑結(jié)構(gòu)、一般金屬結(jié)構(gòu)件，熱軋或正火狀態(tài)使用， 可用于-40℃以下寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu)。q345化學(xué)成分見表1所示。 表1q345化學(xué)成分w(%) 鋼號(hào)化學(xué)成分w（%） q345 cmnsispvnbti ≤0.201.00

為了連接變形鎂合金az31b,以al基釬料對(duì)變形鎂合金az31b進(jìn)行高頻感應(yīng)釬焊。采用掃描電鏡、x射線衍射儀、x射線能譜等分析釬焊接頭的顯微組織及釬縫物相,測(cè)試釬焊接頭的力學(xué)性能及顯微硬度。結(jié)果表明:在釬焊過(guò)程中熔融的al基釬料與固態(tài)的az31b母材發(fā)生強(qiáng)烈的合金化作用,原始釬料中均一的mg32(al,zn)49相在釬焊后完全消失,同時(shí)在釬縫中生成α-mg、β-mg17(al,zn)12相。釬焊搭接接頭的平均抗剪強(qiáng)度達(dá)到44mpa,對(duì)接接頭的平均抗拉強(qiáng)度達(dá)到71mpa。接頭的斷裂形式為沿晶脆性斷裂,斷裂產(chǎn)生在β-mg17(al,zn)12硬脆相處。

采用變極性等離子方法焊接az31b鎂合金,研究了焊接接頭的微觀組織、元素分布、斷口形貌、接頭強(qiáng)度和硬度等。結(jié)果表明,az31b鎂合金變極性等離子加絲焊接接頭沒(méi)有明顯的熱影響區(qū),焊縫成"v"字形;接頭成形良好,焊縫為細(xì)小的等軸晶,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大面積區(qū)域偏析,無(wú)脆性相mg17al12,但有al、mn相;焊接過(guò)程鎂元素含量變化導(dǎo)致焊縫中鋁含量的升高,而mn、zn元素含量基本不變;拉伸試驗(yàn)斷裂在熔合區(qū),斷口表現(xiàn)為混合斷裂,沒(méi)有氣孔和裂紋;焊縫硬度大于母材但小于熔合區(qū)硬度,沿熔深方向硬度沒(méi)有明顯變化。

鎂合金az31b釬焊用焊劑及釬焊料——鎂合金az31b釬焊用焊劑及釬焊料

通過(guò)az31b鎂合金板材高溫拉伸實(shí)驗(yàn),分別討論了成形溫度、應(yīng)變速率以及各向異性對(duì)鎂合金流變的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,溫度越高、應(yīng)變速率越低,鎂合金的塑性越好;取樣方向與軋制方向成45°時(shí),由于在此方位孿生取向因子最大,因而該方向的塑性很高,與0°方向塑性基本相同。對(duì)變形后的鎂合金進(jìn)行金相組織觀察發(fā)現(xiàn),250℃時(shí)鎂合金顯微組織幾乎都是由細(xì)小的等軸晶粒組成,優(yōu)于其他溫度下的顯微組織;結(jié)合溫度對(duì)鎂合金流變的影響,確定鎂合金的最佳溫成形溫度為250℃。依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了兩種硬化本構(gòu)模型,即fields-backofen模型和指數(shù)模型。分別將兩種模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表明,采用指數(shù)模型能更好的預(yù)測(cè)鎂合金溫成形流變應(yīng)力。

采用交流tig焊對(duì)2.0mm厚的變形鎂合金az31b薄板進(jìn)行焊接試驗(yàn),利用掃描電鏡、能譜分析、剪切試驗(yàn)對(duì)焊接接頭的顯微組織、元素分布、斷口形貌、接頭強(qiáng)度等進(jìn)行分析。結(jié)果表明,焊縫區(qū)鎂元素存在一定的氧化燒損,焊縫剪切強(qiáng)度為21mpa,剪切強(qiáng)度值較低,焊縫接頭斷口有明顯的河流花樣,呈現(xiàn)脆性準(zhǔn)解理斷裂形式。

在鎂合金az31b表面通過(guò)預(yù)鍍鋅處理后采用無(wú)機(jī)熔鹽電沉積鋁錳合金.使用sem、edx和xrd分析鍍層的表面形貌、成分和組織,采用動(dòng)電位極化曲線及表面顯微硬度測(cè)量考察了鍍層對(duì)鎂合金耐蝕耐磨性的影響。結(jié)果表明,熔鹽成分、電流密度和熔體溫度等典型工藝參數(shù)對(duì)鋁錳合金鍍層的形貌、成分和組織都具有重要的影響,進(jìn)而影響了鍍層的耐蝕性。鎂合金電鍍鋁錳合金后,腐蝕電位有很大的提高,而腐蝕電流密度大幅度的下降;同時(shí)鋁錳合金鍍層表現(xiàn)出很高的硬度,顯著的提高了鎂合金的耐蝕耐磨性。

利用電子束焊接方法,焊接厚6mm的ta12鈦合金板材。通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)、持久實(shí)驗(yàn)和疲勞實(shí)驗(yàn)對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行研究,同時(shí)對(duì)疲勞斷口進(jìn)行分析。結(jié)果表明:在室溫和550℃時(shí),焊接接頭強(qiáng)度與母材相當(dāng);在室溫時(shí),焊接接頭的塑性與母材存在明顯差異,焊接接頭的延伸率與母材相比有所下降;而在550℃時(shí),焊接接頭塑性與母材相當(dāng)或略大。疲勞斷裂位置位于靠近熔合線附近的焊縫區(qū)域,裂紋源處于試樣亞表面處;焊縫中存在氣孔缺陷,但沒(méi)有觀察到由氣孔形成的裂紋源;在疲勞實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣孔起加速裂紋擴(kuò)展的作用,氣孔越靠近表面對(duì)疲勞性能的影響越大。

針對(duì)az31鎂合金材料,研究了在a-tig焊中單一成分的活性劑對(duì)焊縫成形的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,與無(wú)活性劑的焊縫相比,活性劑tio2、sio2、cr2o3、cdcl2和cacl2能夠有效地增加鎂合金焊縫的熔深和深寬比。鎂合金涂敷活性劑cdcl2后焊縫接頭的微觀組織與未涂敷時(shí)焊縫接頭的微觀組織沒(méi)有明顯區(qū)別,只是前者熱影響區(qū)稍寬。未涂敷活性劑和涂敷cdcl2的試樣硬度值分布相差不大。在az31鎂合金的焊接中,活性劑cdcl2的作用效果最好。

通過(guò)對(duì)tc4-dt鈦合金焊接接頭顯微組織的觀察和疲勞斷裂過(guò)程的原位觀測(cè),分析了焊接接頭的顯微組織特征,研究了焊接接頭的疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展行為。結(jié)果表明:tc4-dt焊接接頭疲勞斷裂于母材區(qū),疲勞裂紋萌生于試樣的邊緣,裂紋既可以沿著初生α相擴(kuò)展又能直接切過(guò)初生α相擴(kuò)展,裂紋的萌生壽命占整個(gè)疲勞壽命的比例較大,裂紋的擴(kuò)展壽命很短。

采用單邊缺口試樣，用掃描電鏡觀察了tc4-dt鈦合金母材及電子束焊接接頭焊縫區(qū)與熱影響區(qū)的疲勞斷口，分別分析了疲勞裂紋起裂源、擴(kuò)展區(qū)及瞬斷區(qū)的斷口形貌特征。結(jié)果表明，疲勞裂紋均起裂于試樣缺口根部，并由試樣的一側(cè)擴(kuò)展到另一側(cè)，裂紋擴(kuò)展初期均沿一定的結(jié)晶面擴(kuò)展，屬于脆性穿晶斷裂；母材和熱影響區(qū)的瞬斷部位均有明顯的韌窩出現(xiàn)，屬于塑性沿晶斷裂，而焊縫區(qū)斷口上韌窩不明顯；熱影響區(qū)疲勞斷口有疲勞條帶出現(xiàn)，但在母材和焊縫區(qū)斷口上很難看見。

對(duì)az31b鎂合金中心缺口試樣進(jìn)行激光噴丸強(qiáng)化(lsp)處理,并進(jìn)行拉-拉疲勞試驗(yàn)。通過(guò)研究激光噴丸前后表面完整性的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)噴丸后az31b試樣以滑移和孿生兩種方式產(chǎn)生塑性變形,表面及深度方向顯微硬度較基體提高50%左右,噴丸區(qū)表面殘余壓應(yīng)力值達(dá)到-126.29mpa,晶粒內(nèi)部出現(xiàn)大量滑移線和孿晶,晶粒明顯細(xì)化。通過(guò)測(cè)量加載點(diǎn)軸向載荷和軸向位移分析了激光噴丸前后的疲勞性能,并比較激光噴丸前后疲勞斷口形貌特征,發(fā)現(xiàn)噴丸后試樣表面沒(méi)有產(chǎn)生明顯的疲勞裂紋源,殘余壓應(yīng)力使裂紋尖端的實(shí)際應(yīng)力強(qiáng)度因子降低,提高了疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展抗力,疲勞裂紋擴(kuò)展路徑較未處理試樣更為曲折,最終斷裂區(qū)韌窩尺寸比未噴丸件更大更深,表明激光噴丸后試樣的塑性有所提升。

為了研究az31鎂合金的焊接性,對(duì)az31鎂合金板進(jìn)行交流鎢極氬弧(tig)焊.試驗(yàn)采用x-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、光學(xué)金相顯微鏡對(duì)試樣的焊縫顯微組織進(jìn)行分析,并對(duì)不同焊接電流下的試樣進(jìn)行抗拉強(qiáng)度和硬度測(cè)試.研究發(fā)現(xiàn):隨焊接電流的增加,焊縫成形變差,晶粒逐漸粗化,同時(shí)易產(chǎn)生氣孔和裂紋等缺陷,使接頭性能降低;焊縫區(qū)由基體α-mg和附集于晶界的β-al12mg17兩相組成.結(jié)果表明:焊接電流對(duì)az31鎂合金接頭的熔池形狀及焊接質(zhì)量有顯著的影響.

研究了交叉軋制、異步軋制和異步交叉軋制對(duì)az31鎂合金板材顯微組織、力學(xué)性能和耐腐蝕性能的影響。結(jié)果表明,改變軋制工藝可以有效地控制板材的顯微組織和基面織構(gòu),從而改善合金的力學(xué)性能和耐蝕性能。異步交叉軋制過(guò)程中剪切作用方向發(fā)生變化,板材基面織構(gòu)強(qiáng)度下降而晶粒細(xì)化能力增強(qiáng),從而使異步交叉軋制板材的力學(xué)性能和耐蝕性能明顯優(yōu)于交叉軋制和異步軋制板材。