外文翻译--搅拌摩擦焊焊接AZ31镁合金的微观组织结构研究中文版.doc

搅拌摩擦焊焊接AZ31镁合金的 微观组织结构研究 H．Zhang S．B．Lin Wu and J．C．Feng 高端焊接生产技术实验室，哈尔滨技术研究所，哈尔滨150001，中国 截稿日期2003年6月30日，修订时间2003年10月18日 搅拌摩擦焊焊接是通过焊接工具旋转所产生的摩擦热使母材塑性软化来实现焊接的，其结果导致了镁合金微观组织结构的改变。最终的微观组织结构包括动态的再结晶区和自然结构区，这些结构已经系统地用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、能量分光镜、X射线衍射，以及微观硬度计来研究过了。搅拌摩擦焊成功地焊接了AZ31镁合金，同时也表现出微观组织结构发生了很大的变化，这些变化包括动态的再结晶区和母材的晶粒细化区，与最初材料的硬度相比，母材的硬度有了稍微的变化，但不是很明显。 关键词：搅拌摩擦焊，AZ31镁合金，焊接母材，机械热影响区，微观组织结构 1．导论 近些年，镁合金的工业生产量以每年20%的速度增长，其发速度比任何金属都快。镁合金比相同密度的工程材料更硬，回收率更高。同等体积的镁合金制造产品的重量大约为钢的23%，随着重量的下降，重量每减少100Kg，燃料就可减少5%，然而用传统的熔化焊来焊接镁合金则更容易产生气孔和裂纹。 搅拌摩擦焊技术是一种连接镁合金的新技术，这种技术是英国焊接研究所1991年研制成功的。与其它焊接方法相比，这种焊接方法具有低变形率、高连接强度的特点，并且还可以连接大多的钛合金。 搅拌摩擦焊焊接是通过焊接工具高速旋转与材料的摩擦热来使母材塑性软化来实现固相连接的，其结果导致了镁合金微观组织结构的变化。搅拌摩擦焊焊接过程中微观组织结构的改变一度成为研究的对象，这种改变说明在搅拌摩擦过程中摩擦热引起了明显的微观组织结构改变，这种改变导致了焊接接头机械性能的变化。所以，微观组织结构与机械性能的关系是非常重要的，但是这种关系的详情到目前还不知晓。到目前为止，大多研究都集中于铝合金的搅拌摩擦焊，很少集中于镁合金。此次研究的目的就是证明搅拌摩擦焊连接镁合金的可能性，用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、能量分光镜、X射线衍射以及微观硬度计来观测组织结构的形成和分布。 2．实验 此次研究所使用的基体金属为锻造镁合金AZ31（名义上含有3%铝，1%锌，在重量百分比中与镁相等），2.5mm厚，100mm宽，200mm长。两块材料是由用150mm/min的焊速和750r/min的转速进行搅拌摩擦焊连接起来的。 有助于结构试验的焊缝冶金学检验也被采用。焊接是横向进行的，所有的部分都是平行于焊缝的。相对软的，电抗性的AZ31镁合金用氧化镁溶液锃亮。此锃亮的表面是由2g/100ml的草酸溶液腐蚀的。用新鲜的酒精重复地泼向表面以阻止残渣的形成。焊缝的微观组织结构可通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、能量分光镜分析系统来观察。为了用透射电镜观察，3mm直径的薄圆板用电子控制机械从焊缝上切割下来。搅拌摩擦焊焊后。在焊缝的正交方向上用维氏硬度计测量焊缝的硬度。 3．结果与讨论 图1 图1显示的是一个用搅拌摩擦焊焊接的典型样品，同时也图解了来自焊接件粒度结构的变化。焊接方向未标出，旋转方向是逆时针的。 焊接过程中不仅仅产生热影响区，在焊缝附近也产生机械热影响区。焊接母材与深入厚度方向上的指针相接触。广大的区域变形和随后的再结晶与旋转的工具轴肩是有关系的。用搅拌摩擦焊焊接2.5mm厚的AZ31镁合金板可以形成一个大约5mm宽的焊透的焊缝。 3．1 微观组织结构的发展 图 2 用光学显微镜来观察是为了说明如图2a所示的微观组织结构的特点。焊缝区域（图2b和c）是由细化的再结晶的微小颗粒组成。这些区域都经受过高温、很大程度的塑性变形，并且含有比基体金属更细化的颗粒。被焊接位置前面的材料首先进入旋转区域，该区域与指针一起旋转前进，同时也发生了很大的变形。指针前面的金属被拖被挤，然后到指针后面的金属中。焊接位置前部的和后部的金属都由细小的颗粒构成，几乎没有什么不同。接近焊缝的是机械热影响区，在机械热影响区中的基体金属也经历了一些变形。机械热影响区在搅拌摩擦焊焊接过程中经历了高温和变形，但这样的变形不足以引起再结晶。图2d揭示了机械热影响区的变形可以导致颗粒结构的严重弯曲。图2e说明了焊缝区和机械热影响区的粒度不同。 图2a显示AZ31基体金属的颗粒是被拉长的，成薄烤饼形的，反映出变形是在旋转过程中产生的。相反，焊缝的组织结构在搅拌摩擦焊焊接过程中由于再结晶而显得更加细小和各方等大。 3．2 透射电镜分析 图3 基体金属区域、机械热影响区和焊缝区的透射电镜镜像如图3a所示。透射电镜镜像说明机械热影响区和焊缝区有较高位错密度的颗粒群（如图3d和c）。图3c显示搅拌摩擦焊焊接的AZ31镁合金有再结晶晶粒的焊缝，同样含有很高的位错密度。动态