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高强铝合金热成形拼焊构件腐蚀行为研究

高强铝合金热成形拼焊构件腐蚀行为研究

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作者：赵满武汉理工大学

学位级别：硕士

近年来,在航空航天领域对轻量化需求愈加强烈,铝合金搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)拼焊技术是实现其轻量化的先进制造技术之一。拼焊成形后零件在潮湿环境中使用,极易发生晶间腐蚀和剥落腐蚀,直接影响构件性能,缩短使用寿命,... 详细信息

近年来,在航空航天领域对轻量化需求愈加强烈,铝合金搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)拼焊技术是实现其轻量化的先进制造技术之一。拼焊成形后零件在潮湿环境中使用,极易发生晶间腐蚀和剥落腐蚀,直接影响构件性能,缩短使用寿命,因此耐腐蚀性能尤为重要。针对国内外关于铝合金拼焊成形后接头腐蚀性能研究较少及室温成形性差等问题,需要对铝合金FSW拼焊成形后接头腐蚀性能进行研究,重点研究室温/高温变形方式、变形状态及变形程度对铝合金FSW拼焊接头腐蚀性能的影响规律,探究腐蚀性能与组织演变之间的关系。本文主要研究内容如下:(1)通过研究2024铝合金FSW拼焊接头高温单向拉伸下微观组织形貌、力学性能和断口形貌,发现总体硬度由高到低依次为:20%>30%>10%>0%>焊态;室温抗拉强度依次为371.37MPa,400.65MPa,450.14MPa,423.76MPa,呈现先增加后降低的趋势,20%变形处最高,抗拉强度由高到低依次为:20%>30%>10%>0%;0%和10%试样断口为解理与韧窝混合断裂,20%和30%试样断口为准解理与韧窝混合断裂,试样韧性由高到低依次为:30%>0%>10%>20%。(2)通过剥落腐蚀和电化学腐蚀试验,重点研究常温变形方式下不同变形程度的2024铝合金FSW拼焊接头对腐蚀性能的影响。结果发现,室温单向拉伸下,试样由点蚀开始,历经起泡、开裂、分层及剥落;电化学测试中,0%试样耐蚀性最好,4%试样耐蚀性最差,7%试样耐蚀性成为“拐点”;室温单向拉伸下,粗大杂质相在0%试样中尺寸大且多,最难发生腐蚀,包围缠绕析出相随形变增多,大变形导致微裂纹的出现,最终,试样耐腐蚀性由高到低依次为:0%>7%>10%>4%。(3)通过剥落腐蚀,晶间腐蚀和电化学腐蚀试验,重点研究高温变形方式下不同变形状态及变形程度的2024铝合金FSW拼焊接头对腐蚀性能的影响。高温单向拉伸下,20%试样发生剥落腐蚀的程度最轻,10%试样发生程度最重;经晶间腐蚀溶液浸泡相同时间后,0%、10%、20%、30%变形试样腐蚀坑最大深度分别为130μm,310μm,16μm,148μm;电化学测试中,10%,20%试样的电流密度分别为9.62μA·cm,1.34μA·cm,相差6倍,前者耐蚀性最差,后者耐蚀性最好,由以上三种试验得出,耐腐蚀性由高到低依次为:20%>0%>30%>10%,20%试样的耐蚀性出现回升,且为最高点;研究发现,20%试样无沉淀析出带较窄,耐蚀性好,10%试样无沉淀析出带最宽,耐蚀性最差,0%试样晶内被腐蚀的S’相少且晶界析出相连续分布使得耐蚀性仅次于20%试样;高温杯突变形下,杯突值为5mm、10mm、15mm试样腐蚀电流密度分别为3.41μA·cm、3.73μA·cm、1.66μA·cm,因15mm试样的无沉淀析出带宽度窄,耐蚀性优于前两者。

关键词： 2024铝合金搅拌摩擦焊拼焊成形力学性能腐蚀性能

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7075/2024铝合金FSW拼焊板热变形规律研究

7075/2024铝合金FSW拼焊板热变形规律研究

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作者：范新欣武汉理工大学

学位级别：硕士

拼焊成形技术作为一种新型技术,被广泛的运用到了汽车零件的生产过程中。由于传统溶化焊难以焊接铝合金,本文使用搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding,FSW）焊接异质铝合金。然而,采用搅拌摩擦焊焊接的拼焊板存在着成形时变形不均匀的问... 详细信息

拼焊成形技术作为一种新型技术,被广泛的运用到了汽车零件的生产过程中。由于传统溶化焊难以焊接铝合金,本文使用搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding,FSW）焊接异质铝合金。然而,采用搅拌摩擦焊焊接的拼焊板存在着成形时变形不均匀的问题,根据研究,热成形可以改善整个拼焊接头在变形时的不均匀性,从而提高拼焊板成形性。目前常用的热成形方法分为两种,一种为常规工艺流程,另一种为热成形淬火工艺（Hot Forming Quenching,HFQ?）。由于铝合金异质拼焊板在热力耦合复杂加载条件下变形不均匀,且高温下的变形规律和微观组织演化尚不明确,力学性能难以保证。本课题研究了异质铝合金拼焊接头组织热稳定性,对比研究了常规热成形和热成形淬火两种成形工艺下接头的成形性能,并研究了成形过程中接头微观组织演变,通过建立7075/2024异质铝合金接头高温本构模型得到异质接头高温变形规律并对拼焊B柱构件进行热冲压成形模拟。（1）通过实验和理论模型研究了接头组织热稳定性,发现搅拌头转速2500r/min,焊接速度50mm/min时,可以获得性能优良、组织稳定的7075/2024异质铝合金拼焊板接头。使用此焊接参数,并结合优化热处理工艺,拼焊接头具有良好的组织热稳定性,高温下不会发生晶粒异常长大,且热处理后接头抗拉强度达到母材88%。（2）采用常规热成形工艺,研究拼焊板在该工艺下的最佳成形条件与成形性,拼焊板的塑性并不是简单随着温度升高而升高,在300～450℃成形温度范围内,当温度为400℃时,7075/2024异质拼焊板接头单向拉伸延伸率最高,此时两种材料性能最接近。杯突试验结果与单向拉伸结果类似,在400℃时杯突值达到最大值23mm,且温度低于400℃时失效方式为垂直焊缝失效,而450℃时为平行于焊缝失效。（3）采用热成形淬火工艺,研究拼焊板在该工艺下的成形性,发现在单向拉伸试验中,当降温到350℃时试样延伸率最高,而在杯突试验中,当降温到400℃时杯突值最大,为12.8mm。所有杯突试样破裂均平行于焊缝,且杯突值均小于采用常规工艺成形的杯突试样。（4）为了进一步研究7075/2024异质铝合金拼焊板在高温下的变形规律,尝试建立7075/2024异质拼焊板在高温下的本构模型。用Abaqus对7075/2024接头进行高温变形模拟。用Dynaform对异质拼焊板B柱热冲压进行精度模拟,并对拼焊板进行了B柱构件热冲压实验,进行了力学性能测试。本文以汽车B柱作为工程对象,以7075/2024异质铝合金FSW拼焊板为基础,通过研究晶粒异常长大（Abnormal Grain Growth,AGG）现象的发生机理,找到可获得最佳异质接头的焊接参数和焊后热处理工艺,对比两种不同成形工艺下异质拼焊接头的成形性,研究成形过程中接头微观组织演变,以及成形后的力学性能,通过建立7075/2024异质铝合金接头本构模型并进行模拟,得到了异质接头在高温下的变形规律,对异质拼焊板B柱热冲压成形过程进行模拟,并对异质铝合金拼焊板进行了B柱构件热冲压成形,得到其力学性能,验证热成形淬火工艺在汽车工业生产中的可行性。

关键词：拼焊成形异质铝合金高温变形规律力学性能

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