颗粒增强铝镁合金的制备及其焊接研究

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铝合金是一种常规的轻量化材料,由于它具有低的密度从而在军民建设中有着重要的作用。现在,由于对环境和能源有着更高的要求使得铝合金有着新的机遇。但是传统铝合金不能完全满足要求,为了解决这个问题,很多研究者开始转向具有添加增强颗粒的铝基复合材料,与传统工程材料相比,该材料的加入提高了材料的刚度、比强度、磨损、蠕变和疲劳性能。本文通过采用半固态搅拌辅助超声铸造法成功制备得到了陶瓷颗粒增强Al-5Mg复合材料。通过金相显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机、摩擦磨损试验机以及材料的进一步轧制和焊接试验,对材料的性能进行了研究。主要结论如下:(1)强化颗粒主要沿着晶界分布,在冷却成形过程中,颗粒有效的促进了α-Al的形核率;在一定程度上阻碍了晶粒的长大,从而使得材料的晶粒尺寸得到了细化;其中Al-5Mg合金、3wt%SiCp/Al-5Mg、3wt%WCp/Al-5Mg和3wt%Ti10C7N3p/Al-5Mg的复合材料晶粒尺寸分别为230、114、62和60μm;同时不同颗粒的加入对材料的力学性能都有着一定的提升,其中与Al-5Mg基体合金相比,3wt%SiCp/Al-5Mg、3wt%WCp/Al-5Mg和3wt%Ti10C7N3p/Al-5Mg的复合材料抗拉强度分别提高了75.87%、78.86和80.53%。(2)通过电化学测试表明,与Al-5Mg合金相比复合材料易发生自腐蚀,但腐蚀电流密度较小,其中Ti10C7N3p/Al-5Mg复合材料具有最小的腐蚀电流密度,这表明复合材料具有较小的腐蚀速率。(3)通过制备得到3wt%SiCp/Al-5Mg复合焊丝材料,利用TIG焊接方法优化了7075-T651铝合金的焊接工艺参数,得到最佳工艺参数为:I=180A、α=60°、v=12L·min-1和f=M40Hz(M表示中频);利用得到的最佳工艺参数对不同颗粒增强的复合焊丝材料进行TIG焊接,其中3wt%WCp/Al-5Mg复合焊丝材料对焊缝的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别提高了13%、8%和19%,而3wt%Ti10C7N3p/Al-5Mg复合焊丝的焊缝分别提高了7%、8%和6%。(4)通过慢应力腐蚀拉伸试验表明,与Al-5Mg基体合金相比,2wt%和3wt%的WCp/Al-5Mg复合焊丝焊接7075-T651铝合金的焊缝抗拉强度分别提高了3.4%和5.6%,而慢应力腐蚀拉伸时间分别延长了16.2%和4.4%。(5)通过摩擦磨损试验表明,复合材料的摩擦系数在0.6-0.8之间变化,基本与基体材料保持一致,而线磨损率较基体合金略有降低;而7075-T651铝合金表面堆焊复合材料,其堆焊层的摩擦系数较母材大约提高了94.8%,且线磨损率大约降低了76%。
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