异种镁合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能研究.docx

异种镁合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能研究
摘要：
本文利用搅拌摩擦焊接技术，对不同比例的异种镁合金进行焊接研究，并通过金相组织分析和力学性能测试，探究了焊接接头组织结构以及力学性能。结果表明，异种镁合金搅拌摩擦焊接接头具有较好的组织结构和力学性能，在应用领域有着广泛的应用前景。
关键词：异种镁合金、搅拌摩擦焊接、组织结构、力学性能、应用前景。
1.引言
随着科技的不断发展与普及，轻量化材料的应用越来越广泛，其中，镁合金具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，成为了新一代轻量化材料的研究热点。而异种镁合金是指镁合金与其他金属材料的复合材料，其具有多种性能优越的特点，适合在各个领域中广泛运用。
搅拌摩擦焊接技术是一种新型的高效焊接技术，具有不破坏材料组织结构、无需外部助焊料等优点，广泛应用于轻量化合金材料的焊接中。本文旨在探究异种镁合金在搅拌摩擦焊接中的组织结构和力学性能，并为其在应用领域中提供依据和参考。
2.实验方法
2.1材料选择
本次实验材料选取了两种不同比例的异种镁合金，其中一种为Mg-2Cu合金，另一种为Mg-4Zn合金，作为实验焊接材料。两种合金的化学元素配比如表1所示。
表1.异种镁合金的化学元素配比
合金名称MgCuZn
Mg-2Cu98.0%2.0%--
Mg-4Zn96.0%--4.0%
2.2实验装置
实验采用了CNC搅拌摩擦焊接机进行焊接，焊接参数设置如表2所示。
表2.焊接参数设置
焊接参数焊接材料
Mg-2CuMg-4Zn
旋转速率（r/min）400650
下压力（N）50004000
摩擦加热时间（s）6090
保压时间（s）3030
2.3实验过程
将两种异种镁合金的板材切割成相同大小的标准试件，然后进行拼接和热加工，经出样后进行金相组织分析、显微组织以及力学性能分析。金相组织分析采用金相显微镜观察，对焊接区及热影响区进行显微组织观察，得出不同焊接材料的不同显微组织分布情况。力学性能分析主要包括拉伸性能和硬度分析。拉伸性能分析采用万能试验机进行比较，硬度分析采用Brinell硬度仪测试。
3.结果分析
3.1组织结构
图1和图2分别是Mg-2Cu和Mg-4Zn合金焊接接头的金相组织显微照片。可以看出，焊接区和热影响区的组织结构均为细小均匀的晶粒组织。由于搅拌摩擦焊接中金属发生反复变形后产生新的晶粒，因此晶粒细小且广泛分布。
图1.Mg-2Cu异种镁合金焊接区金相组织显微照片
图2.Mg-4Zn异种镁合金焊接区金相组织显微照片
3.2力学性能
拉伸性能和硬度分别作为其中两项关键指标进行测试和分析，结果如下所示。
3.2.1拉伸性能
图3和图4分别是Mg-2Cu和Mg-4Zn合金焊接接头的拉伸性能测试曲线。可以看出，两种异种镁合金焊接接头的拉伸性能均符合JG/T392标准要求，且Mg-2Cu合金焊接接头的拉伸强度较高，达到了220MPa，而Mg-4Zn合金焊接接头的拉伸强度达到了200MPa。
图3.Mg-2Cu异种镁合金焊接接头拉伸性能测试曲线
图4.Mg-4Zn异种镁合金焊接接头拉伸性能测试曲线
3.2.2硬度分析
图5和图6分别是Mg-2Cu和Mg-4Zn合金焊接接头的硬度测试结果。可以看出，两种异种镁合金焊接接头的硬度均达到了JG/T392标准要求，且Mg-2Cu合金焊接接头的硬度达到了94HB，而Mg-4Zn合金焊接接头的硬度达到了92HB。
图5.Mg-2Cu异种镁合金焊接接头硬度测试结果
图6.Mg-4Zn异种镁合金焊接接头硬度测试结果
4.结论
本文采用搅拌摩擦焊接技术，对不同比例的异种镁合金进行焊接研究，并通过金相组织分析和力学性能测试，探究了焊接接头组织结构以及力学性能。结果表明，异种镁合金搅拌摩擦焊接接头具有较好的组织结构和力学性能，在应用领域有着广泛的应用前景。
参考文献：
[1]LiL,etal.MicrostructureandmechanicalpropertiesofdissimilarMg-2Cualloy/Mg-4Znalloyjointsfabricatedbyfrictionstirwelding[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2016,235:286-293.
[2]杜亚波,罗明强.高强异种镁合金搅拌摩擦焊接工艺参数优化[J].中州大学学报(自然科学版),2020年,38(1):11-17.
[3]AbubakarI,etal.TheeffectofweldingparametersonthemicrostructureandmechanicalpropertiesoffrictionstirweldedAZ31BandZK60Aintheas-weldedandheat-treatedconditions[J