7050铝合金FSW接头滚动轧制后组织及力学性能的研究

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搅拌摩擦焊接头不同区域的组织与力学性能均有较大差异,这导致焊接接头易成为焊接结构的薄弱点。本文选用7050铝合金进行搅拌摩擦焊,对其工艺参数进行优化后,选择最佳工艺参数下获得的焊接接头进行滚动轧制处理。通过对滚动轧制处理前后焊接接头的微观组织、晶粒取向、显微硬度、拉伸性能和抗疲劳裂纹扩展能力等进行研究,探究滚动轧制处理对接头的影响。研究结论如下:(1)旋转速度和焊接速度对焊接的热输入量有较大影响。当热输入量过高时,焊缝易形成飞边等缺陷;当热输入量过低时,焊缝易形成表面起裂等缺陷。焊核区晶粒为细小的等轴晶,随着热输入量的增加,晶粒平均尺寸增大,再结晶比例增加。其上部的主要织构为<211>Brass变形织构、{236}<385>黄铜R和{001}<110>旋转立方剪切织构。接头前进侧热影响区的硬度最低,焊核区上部的硬度最高,且前进侧的硬度梯度较大。当旋转速度为900r/min,焊接速度为80mm/min时,接头的综合力学性能最好,抗拉强度和延伸率分别达到母材的77%和87%。(2)1、2和3道次的滚动轧制处理有效地降低了接头的表面粗糙度,并在接头表面引入了具有大应变、高应变梯度和高应变速率的塑性变形,实现了接头表面组织的纳米化和均一化。根据应变和位移量的变化,将接头次表层到表层的组织划分为微塑性变形层、过渡层和变形层,不同层之间过渡平滑且结合紧密。其中,微塑性变形层的晶粒形貌基本没有发生变化;过渡层晶粒的晶界逐渐向平行于接头表面方向偏转,其长径比不断增大;变形层的晶粒为纳米层状结构,在距表面20μm处,其平均层厚达到了68nm。焊接接头的织构由(001)[94?0]再结晶织构转变为(001)[11?0]旋转立方剪切织构,最后转变为<111>∥RD的丝织构,沿RD方向拉伸时其主要织构的滑移系的Schmid因子越来越小。(3)滚动轧制处理后接头各区域表层的硬度趋于一致,实现了硬度的均一化,焊核区硬度的平均值增加至244HV。对接头进行3道次的滚动轧制处理后,其抗拉强度提高了21.2%,延伸率降低了17.3%,在提高接头抗拉强度的同时较好地保证了接头的塑性。不同道次的滚动轧制处理均提高了接头的疲劳裂纹扩展寿命,降低了接头的疲劳裂纹扩展速率。且随着滚轧道次的增加,接头抗疲劳裂纹扩展能力不断增强。疲劳裂纹稳定扩展阶段初期与疲劳裂纹稳定扩展阶段中期的断口处均可发现疲劳条带,其间距随着滚轧道次的增加而减小。
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