论文部分内容阅读
镁合金具有密度低，比强度和比刚度高，减震性好，承受冲击载荷能力强、电磁屏蔽性优异等优点，是重要的轻量化结构工程材料。Mg-Zn-Zr镁合金（ZK系）是目前商用镁合金中综合性能最好的高强镁合金体系之一，特别是ZK60镁合金不仅力学性能优异，而且抗应力腐蚀性能也极高。然而，ZK60镁合金由于凝固结晶温度区间达200℃以上，采用焊接热输入大的电弧焊工艺焊接时，易产生结晶裂纹，从而限制了其在工程结构中的应用，因而热输入较小的激光焊接（LBW）工艺成为了ZK60镁合金焊接的优选方法之一。本文以细晶粒ZK60镁合金板材作为焊接母材，采用CO2激光自熔焊对其进行焊接，研究了细晶粒镁合金的焊接接头显微组织特征及力学性能，并讨论了板材初始状态和焊后热处理对焊接接头组织及性能的影响。系统研究了细晶粒ZK60镁合金的CO2激光焊接工艺，结果表明，当焊接热输入在18J/mm30J/mm，焊接速度为2m/min4m/min时，焊接接头具有良好的力学性能。其中，当焊接速度为4m/min，激光功率为1400W时，焊接接头性能最好，抗拉强度及伸长率分别达300MPa和12%，为母材的92.5%和65%。随着焊接热输入的降低，焊缝中心组织由等轴树枝晶向等轴晶转变，熔合区组织由柱状晶向等轴晶转变。在最佳焊接工艺条件下，焊缝中心由细小的等轴晶构成，平均晶粒尺寸约为8μm。熔池边界胞状晶和柱状晶以及热影响区（HAZ）范围较窄，熔合区组织均匀，半熔化区（PMZ）没有液化裂纹存在，研究表明细化ZK60镁合金板材的析出相和晶粒是抑制PMZ液化裂纹产生的有效措施。焊后退火处理能释放焊接接头中的热应力，提高了力学性能。在300℃下保温60min处理后，抗拉强度、屈服强度和伸长率达到了324MPa、260MPa和13%，分别为母材的99.7%，98.5%和68.5%。焊缝中心组织不受母材中晶粒和析出相尺寸的影响，但PMZ和HAZ组织受其影响较大。在焊接速度为4m/min，激光功率为1400W条件下，时效态和退火态板材的焊接性能低于轧制态板材的焊接性能。弥散分布的析出相抑制了PMZ和HAZ晶粒的长大，其晶粒尺寸只有6μm左右；母材晶粒尺寸越大的板材焊接接头PMZ和HAZ晶粒也越大，当母材的晶粒尺寸大于7μm时，PMZ和HAZ晶粒受焊接热循环的影响达12μm以上，因而时效态和退火态板材焊接接头熔合区组织不均匀，力学性能低。