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Microstructural heterogeneity and bonding strength of planar interface formed in additive manufacturing of Al-Mg-Si alloy based on friction and extrusion

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2022年第9期29卷 1755-1769页

作者： wenshen tang Xinqi Yang Chaobo Tian Yongsheng Xu Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology School of Materials Science and EngineeringTianjin UniversityTianjin 300354China

Single-pass deposits of 6061 aluminum alloy with a single-layer thickness of 4 mm were fabricated by force-controlled friction-and extrusion-based additive *** formation characteristics of the interface,which were achieved by using a featureless shoulder,were investigated and *** microstructure and bonding strength of the final build both with and without heat treatment were explored.A pronounced microstructural heterogeneity was observed throughout the thickness of the final *** at the interface with Cu,{213},and Goss orientations prevailed,which were refined to approximately 4.0μ*** all of the hardening precipitates were dissolved,resulting in the bonding interface displaying the lowest *** fresh layer,subjected to thermal processes and plastic deformation only once,was dominated by a strong recrystallization texture with a Cube *** previous layer,subjected twice to thermal processes and plastic deformation,was governed by P-and Goss-related *** ultimate tensile strength along the build direction in asdeposited and heat-treated states could reach 57.0%and 82.9%of the extruded 6061-T651 aluminum alloy.

关键词： solid-state additive manufacturing aluminum alloy precipitate crystallographic texture heat treatment

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搅拌摩擦沉积增材2219铝合金组织及性能

航空材料学报 2024年第1期44卷 152-162页

作者：王瑞林杨新岐唐文珅罗庭赵耀邦窦恩惠天津大学材料科学与工程学院天津300354 上海航天精密机械研究所上海201600

在主轴转速250~350 r/min、横向移动速度50~150 mm/min工艺参数下进行2219-T87铝合金搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)实验,探究工艺参数与多层热循环对沉积层宏观成形、微观组织和力学性能的影响。结果表明:... 详细信息

在主轴转速250~350 r/min、横向移动速度50~150 mm/min工艺参数下进行2219-T87铝合金搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)实验,探究工艺参数与多层热循环对沉积层宏观成形、微观组织和力学性能的影响。结果表明:在主轴转速250 r/min,移动速度100 mm/min工艺参数下可获得成形良好的单道16层增材试样。增材区晶粒尺寸发生显著细化,在4~6μm之间,细小等轴晶组织取代沉积棒料粗大的无规则晶粒组织。增材试样发生剧烈的动态再结晶,整体再结晶晶粒在80%以上,试样底部(第1层)受到多次热循环影响,再结晶晶粒达到91.8%。增材区域织构基本由Cube、Copper、P和RtB四种再结晶织构以及S、T和Brass织构构成。增材试样的硬度和抗拉强度相比于沉积棒料都明显降低,其中,第16层沉积层硬度最大为80HV,约为沉积棒料母材的55.6%;第1~8层沉积层硬度均匀在60HV。增材区水平(longitudinal direction,LD)方向第9~16层和1~8层的平均抗拉强度分别为243.0 MPa和219.3 MPa,约为母材的60.0%和52.9%;平均伸长率为19.4%和24.5%,分别约为母材的181.1%和229.0%。增材试样LD方向断裂模式均为韧性断裂。

关键词：搅拌摩擦沉积增材 2219-T87铝合金微观组织力学性能

基于摩擦挤压增材制造的单道多层6061铝合金组织特征与力学性能

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稀有金属材料与工程 2022年第8期51卷 2870-2880页

作者：田超博杨新岐唐文珅徐永生天津大学材料科学与工程学院天津300354 天津市现代连接技术重点实验室天津300354

成功实现了6061铝合金摩擦挤压增材制造(friction extrusion additive manufacturing,FEAM)工艺,对单道1层、2层及9层增材试样组织特征、界面连接机制及力学性能进行了分析讨论。结果表明:在主轴转速600r/min和移动速度300mm/min下可获... 详细信息

成功实现了6061铝合金摩擦挤压增材制造(friction extrusion additive manufacturing,FEAM)工艺,对单道1层、2层及9层增材试样组织特征、界面连接机制及力学性能进行了分析讨论。结果表明:在主轴转速600r/min和移动速度300mm/min下可获得完全致密无内部缺陷的每层厚度和宽度分别约为4和32mm的6061单道1层、2层及9层增材试样。增材组织均匀完全由细小等轴晶组成,单道1层和单道9层平均晶粒尺寸分别为5.63±1.66μm和8.31±1.67μm,与填充棒料母材(24.21±5.3μm)比较晶粒明显细化。单道1层增材组织内部强化相β″几乎全部溶解而β′发生粗化,平均硬度为母材的64.7%。增材界面实现冶金连接且晶粒细化最显著,由于强化相β″及β′几乎全部溶解,其硬度降低为母材的56.9%,单道9层试样因多次热循环降低为母材的50.6%。单道9层增材试样具有优良的强韧匹配,沿增材层长度方向平均抗拉强度和断后伸长率分别为194.25MPa和34.6%,沿增材层垂直方向(Z方向)平均抗拉伸强度和断后伸长率分别为151.0 MPa和10.4%。

关键词：固相增材制造 6061铝合金微观组织力学性能析出相

新型9Cr-1Mo钢搅拌摩擦焊接头组织及性能

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焊接学报 2019年第4期40卷 28-35,I0002页

作者：李胜利杨新岐唐文珅李会军天津大学天津市现代连接技术重点实验室

采用钨铼合金搅拌工具对新型9Cr-1Mo钢进行搅拌摩擦焊工艺试验,探讨焊缝成形、组织及性能变化规律.结果表明,在300和400 r/min的转速,50 mm/min的焊接速度下可获得无缺陷接头;焊缝主要由搅拌区和热力影响区组成,具有明显的马氏体淬硬组... 详细信息

采用钨铼合金搅拌工具对新型9Cr-1Mo钢进行搅拌摩擦焊工艺试验,探讨焊缝成形、组织及性能变化规律.结果表明,在300和400 r/min的转速,50 mm/min的焊接速度下可获得无缺陷接头;焊缝主要由搅拌区和热力影响区组成,具有明显的马氏体淬硬组织特征;高温热影响区为淬硬马氏体和回火马氏体混合组织,低温热影响区为过回火马氏体组织.焊缝区具有晶粒细化特征,其晶粒尺寸约为母材69.2%.焊缝区产生明显硬化,最高硬度约为母材硬度值的2.0倍.焊接接头抗拉强度达到母材98%以上,搅拌区和热影响区冲击吸收能量分别达到母材的77.8%和87.4%,表明搅拌摩擦焊接头仍具有较好强韧匹配.

关键词：铁素体耐热钢搅拌摩擦焊组织特征力学性能

搅拌针转速对厚板镁合金SSFSW焊缝组织及性能的影响

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焊接学报 2023年第1期44卷 8-19,I0003页

作者：王大伟杨新岐唐文珅田超博徐永生天津大学材料科学与工程学院天津300354

对9 mm厚板AZ31B镁合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)工艺试验,探讨搅拌针转速(500~1000 r/min)对焊缝组织及力学性能的影响规律.结果表明,在给定焊接速度80 mm/min下,搅拌针转速在600~800 ... 详细信息

对9 mm厚板AZ31B镁合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)工艺试验,探讨搅拌针转速(500~1000 r/min)对焊缝组织及力学性能的影响规律.结果表明,在给定焊接速度80 mm/min下,搅拌针转速在600~800 r/min范围可获得表面光滑、无内部缺陷的对接焊缝,当转速为1000 r/min时焊缝表面出现不连续凹坑但内部仍无缺陷.随着转速增加,晶粒尺寸由(11.11±1.68)μm增加到(18.95±1.83)μm;在700 r/min时焊核区晶粒尺寸沿板厚差异最小.焊缝中间硬度分布具有不均匀性且随转速增加而减小,最大差异为10.97 HV,最低硬度47 HV位于前进侧的热力影响区与焊核区界面处.在700 r/min下接头力学性能最佳,强度系数为90.2%、对应断后伸长率为母材69.3%.随着转速增加,断裂模式由韧-脆混合断裂转变为剪切-韧性混合断裂.

关键词： AZ31B镁合金厚板静止轴肩搅拌摩擦焊搅拌针转速组织特征力学性能

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铁素体不锈钢搅拌摩擦焊工艺及缺陷形成机理

焊接学报 2019年第6期40卷 87-93,111,I0005页

作者：唐文珅杨新岐李胜利李会军天津大学

采用钨铼合金搅拌工具对T4003铁素体不锈钢进行搅拌摩擦焊接工艺试验,研究搅拌摩擦焊缝成形、接头组织特征及缺陷形成机理.结果表明,不同旋转速度下随焊接速度增加,轴向压力呈单调增加趋势;当转速为150,250r/min时,可获得无缺陷致密焊缝... 详细信息

采用钨铼合金搅拌工具对T4003铁素体不锈钢进行搅拌摩擦焊接工艺试验,研究搅拌摩擦焊缝成形、接头组织特征及缺陷形成机理.结果表明,不同旋转速度下随焊接速度增加,轴向压力呈单调增加趋势;当转速为150,250r/min时,可获得无缺陷致密焊缝;当转速为350r/min时,靠近前进侧的焊缝区出现孔洞缺陷,随着焊接速度和轴向压力不断增加,焊接缺陷有减少趋势.焊接接头焊核区发生了相变和明显淬硬现象,组织为细小等轴铁素体和低碳马氏体,焊缝具有明显不均匀硬度分布.提出了一种焊缝热塑性金属平衡流动模型分析其缺陷形成机理.

关键词：铁素体不锈钢搅拌摩擦焊微观组织焊接缺陷形成机理

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CLAM钢搅拌摩擦焊接头高温蠕变行为

焊接学报 2021年第2期42卷 38-45,I0003,I0004页

作者：田超博杨新岐李胜利唐文珅李会军天津大学天津市现代连接技术重点实验室天津300350

针对核聚变堆用CLAM钢,对焊后热处理的搅拌摩擦焊接头在823 K条件和180~300 MPa应力水平下的单轴拉伸蠕变性能、断口形貌、显微组织进行了研究.结果表明,当蠕变应力由300,260及220 MPa降低到180 MPa时,CLAM钢搅拌摩擦焊接头的蠕变寿命... 详细信息

针对核聚变堆用CLAM钢,对焊后热处理的搅拌摩擦焊接头在823 K条件和180~300 MPa应力水平下的单轴拉伸蠕变性能、断口形貌、显微组织进行了研究.结果表明,当蠕变应力由300,260及220 MPa降低到180 MPa时,CLAM钢搅拌摩擦焊接头的蠕变寿命分别由1.5,19.2及883 h增加到6769 h以上.临界热影响区是接头蠕变断裂的最薄弱区域,主要呈现位错控制的蠕变变形机制和穿晶韧性断裂模式.在蠕变过程中临界热影响区组织发生回复并形成亚晶,导致位错强化作用降低;M23C6碳化物发生不同程度的粗化或周围生成Laves相,导致析出和固溶强化作用减弱;这些因素是CLAM钢FSW接头蠕变性能恶化的主要原因.采用Monkman-Grant方程预测FSW接头在1×10^(5) h蠕变寿命下的蠕变断裂强度估计为156 MPa,达到母材强度的88%.

关键词：低活化钢搅拌摩擦焊蠕变性能显微组织寿命预测

2A14厚板铝合金SSFSW角焊缝接头组织及性能

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机械工程学报 2022年第22期58卷 186-197页

作者：闫新中杨新岐唐文珅赵慧慧郭立杰天津大学材料科学与工程学院天津300354 上海航天设备制造总厂上海200245

采用自主研制搅拌针长度为8.5mm的静止轴肩搅拌工具和2A14-T4厚板铝合金进行150°角焊缝接头静止轴肩搅拌摩擦焊工艺试验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明:在500~700r/min主轴转速与40~100 mm/min焊接速度范... 详细信息

采用自主研制搅拌针长度为8.5mm的静止轴肩搅拌工具和2A14-T4厚板铝合金进行150°角焊缝接头静止轴肩搅拌摩擦焊工艺试验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明:在500~700r/min主轴转速与40~100 mm/min焊接速度范围内均可获得表面光滑无内部缺陷的角焊缝接头,其外观尺寸可精确控制基本无残余焊接角变形。焊缝区主要由焊核(Stir zone,SZ)组成,SZ形状类似搅拌针圆锥台状或椭圆状、其宽度沿厚度方向分布比较均匀;热力影响区(Thermal mechanical affected zone, TMAZ)及热影响区(Heat affected zone, HAZ)宽度明显较小。焊缝区硬度分布具有明显不均匀特征,最薄弱区位于TMAZ与HAZ的交界处。主轴转速变化对焊缝区平均硬度影响较小,但随着焊接速度增加其平均硬度明显增大。角焊缝前进侧等效拉伸强度大于后退侧,等效拉伸强度随转速增加而减小,焊速的增大而增大。在500 r/min-100 mm/min焊接工艺下所得到的接头等效拉伸强度最高,可达到母材的79.24%。在拉-剪复合承载模式下,角焊缝拉伸试样宏观塑性变形很小呈现脆性断裂特征。

关键词： 2A14铝合金角焊缝接头静止轴肩搅拌摩擦焊组织特征力学性能

热处理对异种钢搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

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航空制造技术 2021年第10期64卷 47-56页

作者：唐文珅杨新岐李胜利李会军天津大学材料科学与工程学院天津300354

对不同焊后热处理条件下中国低活化马氏体钢(China low activation martensitic steel,CLAM)和316L不锈钢搅拌摩擦焊接头组织及力学性能演变规律进行试验评定。结果表明,焊后热处理使得焊核区淬火马氏体重新析出碳化物并转变为低碳α相... 详细信息

对不同焊后热处理条件下中国低活化马氏体钢(China low activation martensitic steel,CLAM)和316L不锈钢搅拌摩擦焊接头组织及力学性能演变规律进行试验评定。结果表明,焊后热处理使得焊核区淬火马氏体重新析出碳化物并转变为低碳α相,其组织淬硬倾向显著降低;异种钢接头高温力学性能薄弱区域从母材转为进一步软化的热影响区;316L钢焊核区发生静态回复,性能略有降低。随着热处理温度升高,结合界面碳迁移现象加剧,接近连接界面CLAM钢一侧形成软化的铁素体带,而近界面316L钢一侧形成富铬碳化物。在加热至740℃并保温2h条件下,该异种钢搅拌摩擦焊接头可获得良好强韧匹配,高温抗拉强度达到焊态的97.5%。

关键词：低活化铁素体/马氏体钢奥氏体不锈钢搅拌摩擦焊焊后热处理微观组织力学性能