外文翻譯--攪拌摩擦焊焊接AZ31鎂合金的微觀組織結構研究 中文版.doc

郭太平20013042外文翻譯攪拌摩擦焊焊接AZ31鎂合金的微觀組織結構研究HZhangSBLinWuandJCFeng高端焊接生產技術實驗室，哈爾濱技術研究所，哈爾濱150001，中國截稿日期2003年6月30日，修訂時間2003年10月18日攪拌摩擦焊焊接是通過焊接工具旋轉所產生的摩擦熱使母材塑性軟化來實現焊接的，其結果導致了鎂合金微觀組織結構的改變。最終的微觀組織結構包括動態(tài)的再結晶區(qū)和自然結構區(qū)，這些結構已經系統(tǒng)地用光學顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、能量分光鏡、X射線衍射，以及微觀硬度計來研究過了。攪拌摩擦焊成功地焊接了AZ31鎂合金，同時也表現出微觀組織結構發(fā)生了很大的變化，這些變化包括動態(tài)的再結晶區(qū)和母材的晶粒細化區(qū)，與最初材料的硬度相比，母材的硬度有了稍微的變化，但不是很明顯。關鍵詞：攪拌摩擦焊，AZ31鎂合金，焊接母材，機械熱影響區(qū)，微觀組織結構1導論近些年，鎂合金的工業(yè)生產量以每年20%的速度增長，其發(fā)速度比任何金屬都快。鎂合金比相同密度的工程材料更硬，回收率更高。同等體積的鎂合金制造產品的重量大約為鋼的23%，隨著重量的下降，重量每減少100Kg，燃料就可減少5%，然而用傳統(tǒng)的熔化焊來焊接鎂合金則更容易產生氣孔和裂紋。攪拌摩擦焊技術是一種連接鎂合金的新技術，這種技術是英國焊接研究所1991年研制成功的。與其它焊接方法相比，這種焊接方法具有低變形率、高連接強度的特點，并且還可以連接大多的鈦合金。攪拌摩擦焊焊接是通過焊接工具高速旋轉與材料的摩擦熱來使母材塑性軟化來實現固相連接的，其結果導致了鎂合金微觀組織結構的變化。攪拌摩擦焊焊接過程中微觀組織結構的改變一度成為研究的對象，這種改變說明在攪拌摩擦過程中摩擦熱引起了明顯的微觀組織結構改變，這種改變導致了焊接接頭機械性能的變化。所以，微觀組織結構與機械性能的關系是非常重要的，但是這種關系的詳郭太平20013042外文翻譯情到目前還不知曉。到目前為止，大多研究都集中于鋁合金的攪拌摩擦焊，很少集中于鎂合金。此次研究的目的就是證明攪拌摩擦焊連接鎂合金的可能性，用光學顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、能量分光鏡、X射線衍射以及微觀硬度計來觀測組織結構的形成和分布。2實驗此次研究所使用的基體金屬為鍛造鎂合金AZ31（名義上含有3%鋁，1%鋅，在重量百分比中與鎂相等），2.5mm厚，100mm寬，200mm長。兩塊材料是由用150mm/min的焊速和750r/min的轉速進行攪拌摩擦焊連接起來的。有助于結構試驗的焊縫冶金學檢驗也被采用。焊接是橫向進行的，所有的部分都是平行于焊縫的。相對軟的，電抗性的AZ31鎂合金用氧化鎂溶液锃亮。此锃亮的表面是由2g/100ml的草酸溶液腐蝕的。用新鮮的酒精重復地潑向表面以阻止殘渣的形成。焊縫的微觀組織結構可通過光學顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、能量分光鏡分析系統(tǒng)來觀察。為了用透射電鏡觀察，3mm直徑的薄圓板用電子控制機械從焊縫上切割下來。攪拌摩擦焊焊后。在焊縫的正交方向上用維氏硬度計測量焊縫的硬度。3結果與討論圖1圖1顯示的是一個用攪拌摩擦焊焊接的典型樣品，同時也圖解了來自焊接件粒度結構的變化。焊接方向未標出，旋轉方向是逆時針的。焊接過程中不僅僅產生熱影響區(qū)，在焊縫附近也產生機械熱影響區(qū)。焊接母材與深入厚度方向上的指針相接觸。廣大的區(qū)域變形和隨后的再結晶與旋轉的工具軸肩是有關系的。用攪拌摩擦焊焊接2.5mm厚的AZ31鎂合金板可以形成一個大郭太平20013042外文翻譯約5mm寬的焊透的焊縫。31微觀組織結構的發(fā)展圖2用光學顯微鏡來觀察是為了說明如圖2a所示的微觀組織結構的特點。焊縫區(qū)域（圖2b和c）是由細化的再結晶的微小顆粒組成。這些區(qū)域都經受過高溫、很大程度的塑性變形，并且含有比基體金屬更細化的顆粒。被焊接位置前面的材料首先進入旋轉區(qū)域，該區(qū)域與指針一起旋轉前進，同時也發(fā)生了很大的變形。指針前面的金屬被拖被擠，然后到指針后面的金屬中。焊接位置前部的和后部的金屬都由細小的顆粒構成，幾乎沒有什么不同。接近焊縫的是機械熱影響區(qū)，在機械熱影響區(qū)中的基體金屬也經歷了一些變形。機械熱影響區(qū)在攪拌摩擦焊焊接過程中經歷了高溫和變形，但這樣的變形不足以引起再結晶。圖2d揭示了機械熱影響區(qū)的變形可以導致顆粒結構的嚴重彎曲。圖2e說明了焊縫區(qū)和機械熱影響區(qū)的郭太平20013042外文翻譯粒度不同。圖2a顯示AZ31基體金屬的顆粒是被拉長的，成薄烤餅形的，反映出變形是在旋轉過程中產生的。相反，焊縫的組織結構在攪拌摩擦焊焊接過程中由于再結晶而顯得更加細小和各方等大。32透射電鏡分析圖3基體金屬區(qū)域、機械熱影響區(qū)和焊縫區(qū)的透射電鏡鏡像如圖3a所示。透射電鏡鏡像說明機械熱影響區(qū)和焊縫區(qū)有較高位錯密度的顆粒群（如圖3d和c）。圖3c顯示攪拌摩擦焊焊接的AZ31鎂合金有再結晶晶粒的焊縫，同樣含有很高的位錯密度。動態(tài)的再結晶過程的結晶部分以盡可能多的能量來驅動自身的移動。自從材料還如動態(tài)再結晶