《MSEA》搅拌摩擦焊后热处理对铝合金疲劳裂纹扩展速率的影响

由于铝合金广泛的工业应用,专门针对其连接工艺进行了许多研究。但是,由于它们的高导热性,高膨胀系数,高氧化敏感性等,也带来了不少挑战。对于轻型结构,通常采用传统的焊接技术,例如金属惰性气体(MIG)焊接和钨极惰性气体(TIG)焊接,导致典型的树枝状显微组织,强度差,焊接接头固态裂纹,从而降低了这些合金接头的机械性能。

在所有用于金属连接的技术中,搅拌摩擦焊(FSW)在过去的几十年中受到了广泛的关注,并且在当今已经被频繁使用。FSW是一种固态焊接工艺,将旋转工具插入要连接的板邻接边缘。许多研究都关注这类合金的FSW接头性能,但对其循环特性的关注则较少。对于循环载荷下的焊接结构设计,普遍的共识是,由于微结构的细化,与传统的焊接技术相比,FSW通常可以改善焊接接头的疲劳寿命。因此,研究其循环特性对于安全可靠的设计非常重要。

本研究在恒定应力比(R=0.1)下,分析了搅拌摩擦焊接2024铝合金焊后热处理(PWHT)对接头微观结构和循环特性的影响。相关论文以题为“Effect of post-weld heat treatment onmechanical properties and fatigue crack growth rate in welded AA-2024”于发表在Materials Science and Engineering A。

熔核区进行焊后热处理后,未观察到明显的晶粒长大,即保留了等轴细晶粒。但是,焊后热处理会导致热机械影响区(TMAZ)和熔核区(NZ)中的粗大析出相重新析出。观察到搅拌摩擦焊后强度的损失是由于析出物的粗化,而析出物在200°C/10h,焊后热处理(PWHT)后发生回复,塑性应变增加到焊接条件下的1.67倍。与190°C相比,PWHT随后在200°C下进行时效,虽然在一定程度上降低了抗拉强度,但在不影响屈服强度的情况下,显着提高了接头的延展性。190°C和200°C的PWHT使硬度在整个焊缝横截面上均匀分布。与190°C相比,200°C的时效温度显示出硬度值的改善,特别是在热影响区,这主要是由于强化析出物的产生。

图1 FSW焊后接头组织

图2(a)焊接条件下焊缝熔核区的SEM图像;(b)熔核区的晶粒尺寸分布

图3 在焊接横截面中晶体织构的极图

图4 焊接接头横截面的显微硬度分布

在不同的PWHT条件下,疲劳裂纹扩展率的门槛值Kth明显不同。与190°C相比,PWHT随后在200°C进行时效导致Kth值有所提高。

图5 不同热处理条件下焊接接头的裂纹扩展行为


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创建时间:2020-05-06 16:43
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