AZ31B鎂合金激光噴丸后形變強(qiáng)化及疲勞斷口分析

AZ31B鎂合金TIG焊焊接接頭的疲勞性能

在鎂合金az31b表面通過預(yù)鍍鋅處理后采用無機(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量考察了鍍層對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。

通過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)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比表明,采用指數(shù)模型能更好的預(yù)測鎂合金溫成形流變應(yīng)力。

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

采用與母材同質(zhì)的焊絲對az31b鎂合金板材進(jìn)行手工鎢極氬弧焊,利用專門設(shè)計(jì)的模具對鎂合金熔焊接頭進(jìn)行423k彎曲變形試驗(yàn),通過光學(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,伸長率由7%提高到9%。

采用火焰噴涂及激光重熔工藝在az31鎂合金表面制備al合金化層,以期改善鎂合金的表面性能。采用x射線衍射儀(xrd)、掃描電鏡(sem)等材料表征手段分析了合金化層顯微組織結(jié)構(gòu)特征,利用顯微硬度計(jì)測量合金化層深度方向上的顯微硬度,利用mrh3摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)測試合金化層的耐磨性能。通過陽極極化實(shí)驗(yàn)評價(jià)了激光合金化組織的腐蝕性能。結(jié)果表明,az31鎂合金激光合金化層的硬度、耐磨性和耐腐蝕性能明顯提高,這歸因于合金化層中密集分布的mg2al3、mg17al12等金屬間化合物相。

以al基釬料對變形鎂合金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,對接接頭平均抗拉強(qiáng)度為42mpa。對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。

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

為了連接變形鎂合金az31b,以al基釬料對變形鎂合金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。

az31b鎂合金tig焊接接頭疲勞評定局部法研究 【摘要】基于輕質(zhì)高強(qiáng)及礦產(chǎn)資源豐富的優(yōu)勢,鎂合金已逐漸成為 “陸海空天”交通運(yùn)載裝備中的重要結(jié)構(gòu)材料。這些運(yùn)載裝備都是焊 接結(jié)構(gòu),大部分都承受疲勞載荷的作用,潛在的危害大多是由于焊接 接頭疲勞失效引起的。而目前國內(nèi)有關(guān)鎂合金疲勞評定方法的研究還 處于空白階段,因此,研究鎂合金焊接接頭疲勞性能及其評定方法對 鎂合金結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用與安全性具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本 文主要采用有限元模擬手段研究az31b鎂合金tig焊接接頭疲勞評定 局部法中的臨界距離法和臨界面法,并將評定結(jié)果與疲勞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn) 行對比分析。通過疲勞試驗(yàn)分析對接接頭、橫向十字接頭和縱向十字 接頭三種接頭型式的疲勞性能,觀察不同接頭型式的疲勞斷裂位置, 并通過掃描電鏡分析其斷裂類型；采用臨界距離(cdm)法對對接接頭、 橫向十字接頭和縱向

針對az31鎂合金材料,研究了在a-tig焊中單一成分的活性劑對焊縫成形的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,與無活性劑的焊縫相比,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。

AZ31鎂合金TIG焊橫向十字接頭疲勞性能研究

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,沒有發(fā)現(xiàn)大面積區(qū)域偏析,無脆性相mg17al12,但有al、mn相;焊接過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,沿熔深方向硬度沒有明顯變化。

試驗(yàn)研究了退火溫度對az31鎂合金擠壓棒組織和織構(gòu)的影響。結(jié)果表明:鑄態(tài)鎂合金擠壓后,初始強(qiáng)點(diǎn)織構(gòu)向(80°,90°,0°)面聚集,主要織構(gòu)組分強(qiáng)度提高。對熱擠壓后的az31鎂合金進(jìn)行退火,可以細(xì)化晶粒,使組織均勻,300℃退火時(shí)平均晶粒尺寸5μm為最小;隨著退火溫度的升高,形變織構(gòu)(80°,90°,0°)逐漸減弱,再結(jié)晶織構(gòu)(0°,90°,0°)和(90°,55°,0°)逐漸增強(qiáng),300℃退火之后二者均被弱化,400℃退火之后取向分布漫散度增大。

針對az31鎂合金板材室溫沖壓成形較差的特點(diǎn),采用不同軋制溫度獲得鎂合金板材,使用半球形凸模脹形,繪制鎂合金室溫成形極限圖并分析軋制溫度對鎂合金板材組織和室溫成形能力的影響.發(fā)現(xiàn)az31鎂合金板材的成形性能不僅與晶粒尺寸有關(guān),還與晶粒取向有關(guān).基面織構(gòu)的減弱可明顯提高板材的脹形性能,在基面織構(gòu)強(qiáng)度相似的情況下,晶粒尺寸對板材的成形性能起決定性影響.

采用超真空磁控濺射鍍膜設(shè)備在az31鎂合金表面進(jìn)行了鋁保護(hù)膜的鍍覆,利用輝光放電光譜分析和納米壓痕/劃痕試驗(yàn)技術(shù),研究了鍍層的成分和顯微力學(xué)性能隨薄膜深度的分布。結(jié)果表明,鋁鍍層在鎂合金基體表面形成,鍍層和基體之間存在混融的過渡層,鋁鍍層的表面硬度、彈性模量等高于鎂合金基體的,并隨深度增加而遞減,膜層與基體結(jié)合良好并表現(xiàn)出一定塑性,鍍鋁膜有利于鎂合金表面防護(hù)層的形成。

分析了az31鎂合金鑄軋板在200~400℃、4×10-4s-1變形條件下的空洞形核和長大機(jī)制。采用原位拉伸試驗(yàn)觀察空洞形核位置和長大過程。通過電子背散射衍射技術(shù)觀察了不同變形條件下az31鎂合金鑄軋板的晶界取向差。在低溫變形條件下,空洞尺寸較小,呈圓形;在高溫變形條件下,空洞在變形過程中被拉長,其尺寸較大?？斩词紫仍诰Ы缁蛉婢Ы缣幮魏酥箝L大。az31鎂合金鑄軋板中大角晶界相對分?jǐn)?shù)大于80%。尺寸小于2μm的空洞呈球形,其長大機(jī)制為擴(kuò)散控制長大機(jī)制。大尺寸空洞在變形過程中發(fā)生聚合,其長大機(jī)制受塑性和超塑性擴(kuò)散機(jī)制控制。

鎂合金的塑性成形性能差,因此如何實(shí)現(xiàn)鎂合金的塑性加工成形成為了一個(gè)新的技術(shù)難題。連續(xù)流變擠壓成形實(shí)現(xiàn)了鎂合金由高溫液態(tài)直接形成制品的過程,減少了工序,節(jié)約了能源。但是制品的上下表面易出現(xiàn)裂紋,出現(xiàn)裂紋的原因主要是金屬流動(dòng)速度不同。為了減小和消除裂紋,可采用潤滑劑、控制擠壓速度、增大模具的定徑帶長度等措施。

以zn基釬料對變形鎂合金az31b進(jìn)行了高頻感應(yīng)釬焊,研究了釬焊接頭的釬縫物相及力學(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釬焊接頭的界面組織及釬縫物相,測試了釬焊接頭的強(qiáng)度及釬縫組織的顯微硬度。結(jié)果表明:釬料與母材發(fā)生界面反應(yīng),在釬縫中生成α-mg,γ-mgzn相。釬焊搭接接頭平均抗剪強(qiáng)度為55mpa,對接接頭平均抗拉強(qiáng)度為77mpa。接頭的主要斷裂形式為沿晶脆性斷裂,斷裂主要產(chǎn)生在α-mg+γ-mgzn共析體組織處和α-mg基體與α-mg+γ-mgzn共析體組織的界面處。

采用非線性結(jié)構(gòu)分析,并建立熱-結(jié)構(gòu)耦合的有限元單元模型,對6mm厚az31b鎂合金無填絲的電子束堆焊溫度場的分布及焊縫形貌進(jìn)行了數(shù)值模擬。焊接熱源采用高斯旋轉(zhuǎn)曲面體熱源,可以較真實(shí)的呈現(xiàn)出電子束焊溫度場變化情況;通過對比模擬焊縫形貌與試驗(yàn)所得焊縫形貌表明,該模擬較好地體現(xiàn)出電子束深熔焊所具有的釘子型焊縫的特點(diǎn);熱電耦所測溫度和模擬溫度場結(jié)果基本一致。

采用交流tig焊對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。

為研究nz30k稀土鎂合金和az31鎂合金的異種材料激光焊接,對采用co2激光焊成的az31與nz30k異種對接焊接頭組織和性能進(jìn)行了分析。在激光功率為4～5kw,焊接速度為4m/min時(shí)獲得了成形良好的異種鎂合金焊接接頭。對獲得的焊接接頭進(jìn)行了接頭組織分析、焊縫區(qū)合金元素分布及析出相的分析及接頭硬度和拉伸性能的測量。金相觀察發(fā)現(xiàn),異種鎂合金激光焊縫是兩種母材的熔合,在宏觀上兩種母材成分未完全混合在一起,且相應(yīng)成分的組織區(qū)域呈波浪狀?yuàn)A雜態(tài)。x射線衍射(xrd)檢測顯示焊縫中存在α-mg、mg17al12及mg12nd等相組織。掃描電鏡(sem)觀察進(jìn)一步顯示了焊縫區(qū)存在著不同化學(xué)成分區(qū)域,焊縫晶粒顯著細(xì)化。接頭元素分布情況表明焊縫合金元素的分布由一側(cè)熔合線至另一側(cè)熔合線存在明顯的濃度梯度。焊縫硬度不低于母材硬度;接頭抗拉強(qiáng)度為169mpa,低于兩種母材的抗拉強(qiáng)度。