一种提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法，涉及金属材料焊接技术领域。本发明专利技术所述提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法包括如下步骤：(1)在10～40℃下对镁合金搅拌摩擦焊接头进行塑性变形加工；(2)待步骤(1)完成后，在300～350℃下对镁合金搅拌摩擦焊接头进行热变形加工。通过上述方法可以快速地提高镁合金搅拌摩擦焊接头的力学性能和组织热稳定性，方法简单，适于工业应用。适于工业应用。适于工业应用。

【技术实现步骤摘要】
一种提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法


[0001]本专利技术涉及金属材料焊接
，尤其涉及一种提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法。

技术介绍

[0002]作为一种固相连接技术，搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW)可以有效避免熔焊过程中材料熔化
‑
凝固所引起的各种缺陷并显著细化晶粒，目前已广泛应用于镁合金、铝合金、铝基复合材料、钢铁等结构材料的连接。然而，搅拌摩擦焊镁合金接头的力学性能普遍低于母材，并极易断裂在焊核区的边部；同时，搅拌摩擦焊核区域在一定温度范围内加热保温时还会出现部分晶粒异常长大的现象，进一步恶化焊接接头的力学性能。因此，探索一种同时提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法，对提高镁合金焊接接头的安全可靠性具有重要意义。
[0003]镁合金搅拌摩擦焊接接头具有显著的低强匹配焊接特性。受焊核区域微区织构分布特征的影响，横向拉伸过程中焊核区边部极易启动基面滑移和拉伸孪生，恶化镁合金搅拌摩擦焊接头的力学性能，同时引发局部应变集中并导致焊接接头的断裂。此外，焊核组织的晶界取向差角集中分布在5
‑
30
°
范围，低角度晶界取向差分布对应了较高的应变协调因子，有利于孪晶或滑移应变穿过晶界传递到相邻晶粒，进一步降低焊接接头的屈服强度。因此，调控焊核的微区织构分布和晶界分布特征是提升镁合金焊接接头力学性能的关键。
[0004]目前，学术界将搅拌摩擦焊接头晶粒异常长大的原因归纳为界面能量和迁移率各向异性、微区储存能差异、第二相粒子的回溶和长大、晶粒尺寸引起的热力学驱动力等原因。从上述原因中可以发现，焊核区晶粒异常长大现象的本质是焊核微区组织分布的不均匀性，从而导致晶界的迁移能力出现明显差异。
[0005]为了提高焊接头的力学性能和热稳定性，国内外学者开展了大量研究工作，并提出了许多改善措施，主要包括：(1)调整焊接工艺控制焊接热输入，通过调控晶粒尺寸达到改善力学性能和热稳定性的目的；(2)用焊后热处理工艺重构焊核组织，一定程度改善焊接接头的强度和延伸率；(3)施加焊后塑性变形引入形变微结构，可以有效提高焊接接头强度，并抑制搅拌摩擦焊接头的晶粒异常长大；(4)通过添加第二相粒子钉扎晶界稳定结构。
[0006]然而，上述方法中大多数无法同时获得热稳定性能优异且兼具高强韧性的焊接接头，如措施(1)中细晶强化与粗晶提高热稳定性对焊接热输入的需求互相矛盾，措施(2)显著降低了焊接接头的显微硬度和超塑性，措施(3)中形变微结构的热稳定性较差，在后续热处理中依然会发生晶粒长大现象。此外，措施(4)引入的第二相粒子在焊核区的分散性较差且容易发生团聚，必须通过调控旋转速度、下压量、焊接道次诸多焊接参数提高第二相的弥散度，降低了焊接工艺的适用性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法，该方法工艺简单，适用性较高。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法，所述方法包括如下步骤：
[0009](1)在10～40℃下对镁合金搅拌摩擦焊接头进行塑性变形加工；
[0010](2)待步骤(1)完成后，在300～350℃下对镁合金搅拌摩擦焊接头进行热变形加工。
[0011]本专利技术在搅拌摩擦焊接完成之后，首先进行塑性变形加工，引入大量拉伸孪晶带，可以调整焊核区域织构和晶界取向差；随后对其进行热变形，引入新的孪晶、位错等形变微结构，使其与在先塑性变形加工过程中引入的拉伸孪晶带发生交互作用，改变焊核区域的微观组织。改善的焊接区域存在大量的细晶组织，晶粒的<0001>轴朝法向会聚，从而抑制了横向拉伸时基面滑移和拉伸孪晶的激活；晶界取向差大于30
°
的比例也极大地增加，使滑移/孪晶穿越晶界的能力大大降低，从而达到了改善搅拌摩擦焊接头力学性能的目的。此外，采用该方法可抑制晶粒的异常长大，降低焊核区域各微区的组织差异，提高焊核区域的热稳定性。
[0012]优选地，所述步骤(1)中，塑性变形量为2～9％，塑性变形加工方法包括轧制、锻造、压缩中的至少一种，沿法线方向对其进行塑性变形加工。室温变形量过大易导致搅拌摩擦焊接头的不均匀变形，出现裂纹，降低材料的力学性能，变形量过小则对焊核的微区组织影响较小，难以有效提高搅拌摩擦焊接头的力学性能。
[0013]优选地，所述步骤(2)中，热变形量为40～65％，沿法线方向对其进行热变形加工。当热变形量落入所述范围内时，产生的拉伸孪晶、位错等形变微结构可以与室温变形时产生的拉伸孪晶等发生交互作用，保证焊接区域各个微区的组织差异相对较小，微区的热稳定性也趋于一致，达到了抑制晶粒异常长大的目的，同时提高了镁合金搅拌摩擦焊接头的力学性能和组织热稳定性。当热变形量过小时，晶粒容易发生异常长大，同样会极大地降低焊接头的力学性能；当热变形量过大时，接头厚度明显降低，降低了本方法的适用性。
[0014]进一步优选地，所述步骤(1)中，变形量为4～9％；所述步骤(2)中，热变形量为60～65％。当变形量落在上述优选范围内时，搅拌摩擦焊接头的屈服强度和抗拉强度均会得到显著的提升，相比于未进行处理的搅拌摩擦焊接头，屈服强度提升了至少190％，抗拉强度提升了至少20％；此外，延伸率也提高了至少18％。
[0015]优选地，所述步骤(2)中，在350℃下进行热变形加工。增加热变形温度后，热变形效率提高，焊接接头的综合性能更好，兼具良好的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
[0016]优选地，所述步骤(2)中，沿着焊接方向进行热变形加工，抗拉强度和延伸率会得到明显的提升。
[0017]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0018](1)本专利技术在搅拌摩擦焊接完成后，利用10～40℃下的塑性变形加工在焊接区域引入大量拉伸孪晶带，后续再对其进行热变形加工(300～350℃)，引入的孪晶、位错等可与先前的拉伸孪晶带发生交互作用，可以加速动态再结晶过程，调整焊接头区域的织构和晶界取向差分布，进而通过调控焊核微区组织使各微区的热稳定性趋于一致，获得理想的力
学性能和热稳定性，具有很强的应用价值。
[0019](2)本专利技术所述的提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法为塑性变形加工，塑性变形加工手段较为简单，所需设备也比较常见，成本低廉，工业适用性较高。
附图说明
[0020]图1为搅拌摩擦焊接完成后的镁合金搅拌摩擦焊接头的EBSD图；
[0021]图2为搅拌摩擦焊接完成后的镁合金搅拌摩擦焊接头的织构图；
[0022]图3为搅拌摩擦焊接完成后的镁合金搅拌摩擦焊接头的晶界取向差分布图；
[0023]图4为完成实施例1所述方法中的步骤(1)后的EBSD图；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在10～40℃下对镁合金搅拌摩擦焊接头进行塑性变形加工；(2)待步骤(1)完成后，在300～350℃下对镁合金搅拌摩擦焊接头进行热变形加工。2.如权利要求1所述的提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，塑性变形加工方法包括轧制、锻造、压缩中的至少一种。3.如权利要求1所述的提高镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能和组织热稳定性的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，变形量为2～9％。4.如权利要求3所述的提高镁合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘喆，赵运强，刘莉，苗澍，林志成，邓军，王春桂，董春林，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，
类型：发明
国别省市：