摘要
Al-Mg系合金具有优良的耐腐蚀性能、比强度高、密度低、质量轻等特点，广泛使用在海洋船舶工业中。焊接是结构件连接的重要方法之一，但采用熔化焊接铝合金时，会降低接头系数和接头塑性。搅拌摩擦焊是一种能够获得高性能、高质量铝合金焊缝的新型固相连接技术。近年来，国内外学者对Al-Mg系合金搅拌摩擦焊技术的研究多集中在接头组织对力学性能的影响，且不同牌号的Al-Mg系合金呈现出不同的变化规律，关于接头组织对性能的影响机制仍未达成共识。本文以6mm厚的5083-H112铝合金作为研究对象，探索了Al-Mg系合金搅拌摩擦焊接头的微观组织演变机制，研究了接头的力学性能和耐腐蚀性能，阐明了工艺参数对接头组织、腐蚀性能和力学性能的影响规律。 本文首先研究了同一焊接工艺参数下AA5083-H112搅拌摩擦焊接头不同区域的组织演变和腐蚀性能。焊核区发生了完全的动态再结晶，晶粒组织为均匀细小的等轴晶，第二相粒子被破碎细化且均匀分布；热机影响区经受了搅拌头的搅拌剪切变形作用，晶粒组织和第二相粒子发生偏转、破碎，并沿搅拌针边缘呈流线型分布；热影响区在焊接热循环作用下晶粒尺寸相比母材粗化，第二相粒子和晶粒排列与母材区相似，均沿轧制方向排布。从母材区到焊核区，大角度晶界占比和平均晶粒取向差先减小后增加，接头的再结晶机制为小角度晶界逐渐增大取向差向大角度晶界转变的过程，属于连续动态再结晶机制。在电化学腐蚀实验中，接头不同区域腐蚀倾向表现出与大角度晶界占比正相关的规律，与晶粒尺寸大小无明显关联。晶间腐蚀实验后，由于焊核区前进侧的洋葱环结构造成第二相粒子分布不均匀和元素成分偏析，导致焊核区最大晶间腐蚀深度呈现不均匀性。 本文研究了不同转速下AA5083-H112搅拌摩擦焊接头焊核区的组织演变、腐蚀性能及接头力学性能。不同转速下接头焊核区均发生了完全的动态再结晶，生成了细小均匀的等轴再结晶晶粒。随着转速的升高，焊核区大角度晶界占比先减小后增加，所有转速下接头的第二相粒子种类没有发生变化。在电化学腐蚀实验中，不同转速下焊核区腐蚀倾向表现出与大角度晶界占比正相关的规律，与晶粒尺寸大小无明显关联。随转速升高焊核区的洋葱环结构变得均匀，最大晶间腐蚀深度先减小后稍微增大，焊核区前进侧和后退侧晶界腐蚀深度差异性减小。不同转速下接头硬度值变化不明显，同一转速下接头不同区域硬度变化规律与微观组织演变相符；在较宽的工艺参数区间内接头强度达到母材的97%，且接头塑性变形能力与母材接近，断裂模式呈现韧性断裂特征；400r/min转速下接头背弯实验时出现裂纹，其余工艺参数下接头弯曲性能优良。
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