搅拌摩擦焊对非晶复合材料焊缝组织和性能的影响

题名	搅拌摩擦焊对非晶复合材料焊缝组织和性能的影响
作者	路世盛
导师	袁子洲
答辩日期	2018
学位名称	硕士
关键词	非晶复合材料搅拌摩擦焊显微结构显微硬度蠕变
摘要	非晶复合材料（BMGCs）不仅表现出单相非晶的特殊力学、化学和物理性能,而且克服了单相非晶合金的室温脆性问题,可以满足工程应用的要求。但是,如何将非晶复合材料做的更大是人们一直关注的问题。搅拌摩擦焊（FSW）作为一种典型的固相焊接工艺,焊接过程中热量输入少,便于使非晶复合材料保持其亚稳态结构。非晶复合材料在过冷液相区具有非常好的超塑性流变能力。因此,BMGCs之间的FSW连接,可以解决非晶复合材料尺寸小、形状简单的难题,充分发挥非晶复合材料的性能优势,提高BMGCs的应用范围,具有重要的实际意义。本文选择La66Al14Cu20非晶复合材料进行搅拌摩擦焊,探究了不同工艺参数对焊缝成形、焊缝显微结构和焊缝显微硬度的影响。采用纳米压痕技术研究了不同加载速率对铸态试样和最佳焊接工艺参数下得到试样的室温蠕变性能的影响,讨论了两种试样的室温蠕变机制,对比了铸态试样和焊接后试样蠕变行为的差异。经研究表明:焊接工艺参数（搅拌头的旋转速度、焊接速度和轴肩下压量）对焊缝成形有显著的影响。改变搅拌头的旋转速度后,搅拌头的旋转速度较小时,出现沟槽;较大时出现飞边以及焊缝表面粗糙。改变焊接速度后,焊接速度较小时,焊缝背面中间位置粗糙,出现少许裂纹;较大时会出现小型隧道型孔洞和飞边。而改变轴肩下压量后,轴肩下压量较小时,主要出现小型孔洞及沟槽缺陷;较大时主要产生较多的飞边以及少许裂纹。最佳焊接工艺参数为:加热温度80℃,搅拌头旋转速度为1000 rpm,焊接速度为15 mm/min,轴肩下压量为0.3 mm。铸态试样内部弥散分布着α-La相、La Al3相,而焊后增加了La2Cu Al7晶相。晶化相尺寸随搅拌头转速的提高而逐渐减小,减小到一定程度会出现晶粒的团聚现象,但是,1200 rpm时晶体相尺寸反而增大。晶化相尺寸随着焊接速度的增大而逐渐减小,并且晶化相趋向于均匀化,焊接速度较小时出现粗大的晶化相。晶化相尺寸随轴肩下压量的增大而逐渐减小。通过对显微硬度分析表明:铸态试样与所有焊接试样焊缝的显微硬度均低于加热未搅拌试样的显微硬度,所有焊接试样的显微硬度从焊缝边缘向焊核区逐渐减小。改变搅拌头转速时,试样显微硬度的大小顺序为:1200 rpm<800 rpm<1000rpm。通过SEM对压痕周围的显微结构进行了观察,结果发现除了铸态试样外,其余试样压痕周围出现了不同程度的裂纹。随着搅拌头转速的提高,裂纹逐渐增多、变长,并且相互之间平行。裂纹起源于压痕边沿La的氧化物和基体与晶化相的界面处,从压痕的边沿逐渐向压痕中心扩展。通过纳米压痕试验发现:随加载速率的增加,保载阶段的蠕变位移增加,蠕变曲线均由两部分构成。在同一加载速率下铸态试样的蠕变位移大于焊接试样的蠕变位移。采用EVEV模型对两种试样保载阶段的蠕变位移-时间进行了拟合,并计算得到两种试样的蠕变柔量与延迟谱以及蠕变应力指数,经分析发现焊接后试样发生了严重的结构弛豫。
页数	72
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TG453.9
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/93679
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	路世盛. 搅拌摩擦焊对非晶复合材料焊缝组织和性能的影响[D],2018.