论文部分内容阅读
随着载运工具的轻量化与高速化,车体焊接结构的安全性和可靠性需求更加迫切。7075铝合金以其比强度高、韧性好和耐腐蚀等优点,在载运工具制造领域应用广泛。搅拌摩擦焊（FSW）技术是铝合金最具有前景的焊接方法之一。本文采用FSW技术,对厚度为6 mm的7075铝合金进行不同工艺下的平板对接试验,利用微观组织表征手段对不同工艺下接头焊核区（WNZ）、热机影响区（TMAZ）、热影响区（HAZ）及母材（BM）的沉淀相进行表征,利用X射线衍射仪（XRD）对接头进行物相分析,利用透射电子显微镜（TEM）对接头中沉淀相的高分辨图像进行观察,并通过计算晶格条纹间距,达到对沉淀相种类的精确表征,在此基础上,探求工艺参数对接头不同微区沉淀相析出行为的影响规律;利用MTS微控电子万能试验机对接头进行不同速度平板拉伸试验,研究微裂纹形核及扩展断裂过程,以探求接头薄弱环节及断裂机理。利用有限元软件ABAQUS建立力学性能失配接头的有限元模型,计算接头在拉伸过程中的应力状态;最后,利用电化学工作站对不同工艺下的接头在酸性环境条件下进行电化学腐蚀测试,并探究接头的腐蚀机理。研究结果表明:（1）7075铝合金FSW接头微观组织分布极不均匀,显微硬度呈“W”型分布。接头中沉淀相主要有椭圆状AlCuMg相、胶囊状Al2CuMg相以及棒状MgZn2相三种,AlCuMg相和Al2CuMg相强化效果好于MgZn2相。WNZ中沉淀相主要为AlCuMg相和Al2CuMg相;与WNZ相比,TMAZ中AlCuMg相和Al2CuMg相比较少,MgZn2相相对较多;HAZ中MgZn2相相对更多。（2）焊速一定,随着转速的增加,接头WNZ中沉淀相尺寸增大,数量增多,AlCuMg相和Al2CuMg相数量明显增加,显微硬度先增大后减小;TMAZ中沉淀相尺寸增大,数量增多,AlCuMg相和Al2CuMg相数量相对增多,MgZn2相数量略有增加,显微硬度先增大后减小;HAZ中沉淀相尺寸略有增大,数量增多,AlCuMg相和Al2CuMg相数量略有增加,MgZn2相数量增加相对明显,显微硬度变化较小。转速一定,随着焊速的增加,WNZ、TMAZ和HAZ中沉淀相数量增多,尺寸变小,WNZ与TMAZ中AlCuMg相和Al2CuMg相的数量增加相对较多,HAZ中MgZn2相的数量增加相对较多,显微硬度有所上升。（3）随着应变率的增加,7075铝合金FSW接头的屈服强度略有增大,抗拉强度变化不明显,屈强比增大,接头断裂应变减小。相比于AlCuMg相和Al2CuMg相,MgZn2相使接头变形不协调从而形成微孔洞,微孔洞长大聚合导致微裂纹。随着应变率的增加,微裂纹均形核于接头BM与HAZ交界处,裂纹扩展路径由曲折发展为平直,断裂路径与加载方向的角度逐渐减小,断裂方式由以韧窝聚合型断裂为主转变为以低塑性剪切断裂为主。（4）随着热输入的增加,7075铝合金FSW接头的屈服强度和抗拉强度均先升高后减小。不同热输入条件下的等效模型宽度统一为46 mm。7075铝合金FSW接头等效模型可以代替接头精细模型用于后续整车有限元模拟。（5）焊速一定,随着转速的增加,7075铝合金FSW接头在pH为6.5的硫酸溶液中的耐腐蚀性能先升高后降低;转速一定,随着焊速的增加,接头的耐腐蚀性能先升高后降低。最耐腐蚀的工艺参数:转速为800 r/min,焊速为300mm/min。7075铝合金FSW接头微区的耐腐蚀性能顺序为:WNZ>TMAZ>HAZ。腐蚀起源于沉淀相,与AlCuMg相和Al2CuMg相相比,MgZn2相对周围Al基体的腐蚀程度影响更深。