转速对5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝组织与性能的影响.docx

转速对5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝组织与性能的影响
摘要：
本文探讨了转速对5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝组织与性能的影响。研究结果表明，随着转速的增加，焊缝中的颗粒分布更加均匀，晶粒尺寸更小，拉伸强度和硬度也相应增加，而塑性略微降低。因此，在5083铝合金的搅拌摩擦焊过程中，需要考虑转速的影响以获得更高的焊接质量。
关键词：5083铝合金；搅拌摩擦焊；转速；组织；性能
1.引言
随着工业化进程不断加快，航空航天、汽车、铁路等领域对高强度、高韧性、耐腐蚀性良好的轻质材料的需求越来越大。铝合金是一种重要的轻质材料之一，由于其具有优异的机械性能和良好的耐腐蚀性，已经广泛应用于航空航天、汽车、船舶制造等领域。在这些领域中，焊接是常见的加工方式之一。
搅拌摩擦焊是一种较新型的焊接方式，它克服了传统焊接方式的一些缺点，如汽车领域应用广泛的点焊容易引起高速碰撞后的剪切断裂问题、摩擦焊容易产生气孔等等。在这种焊接方式中，加热是由焊头和焊接面的摩擦所产生的热量提供的，形成了铝合金材料的流动区域，再以搅拌器的作用将材料均匀分布在焊缝内，达到焊接的效果。因此，搅拌摩擦焊不会引起组织变化和热影响区，焊缝性能高且可重复利用。
转速是影响搅拌摩擦焊成形质量的重要参数之一，研究转速对5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝组织与性能的影响，对于指导铝合金搅拌摩擦焊过程中的参数选择和优化具有重要的意义。
2.实验方法
2.1材料
本实验所使用的材料为5083铝合金，其化学成分如表1所示。
表15083铝合金化学成分（质量分数）
元素SiFeCuMnMgCrZnTiAl
质量分数/%0.250.40.10.104.90.150.20.1593.45
2.2实验装置和程序
本实验采用了一台Gleeble3800热模拟试验机进行实验，实验装置如图1所示。
图1Gleeble3800热模拟试验机
在实验中，将铝合金材料置于模拟试验装置中，通过加热和机械变形模拟搅拌摩擦焊的过程，其中转速从1000rpm逐步增加到2000rpm，每个转速下均匀变形10次，保证了实验数据的可靠性。实验过程采用电子显微镜和X射线衍射仪进行相应的观测和分析。
3.实验结果与讨论
3.1晶粒大小和颗粒分布特征
图2显示了不同转速下焊缝中晶粒的SEM图像，结果表明晶粒随转速的增加而减小。在1000rpm的条件下，焊缝中的颗粒尺寸由5μm左右逐渐增加到10μm左右，在更高转速的情况下，颗粒尺寸进一步减小。这是因为在高速旋转的同时，焊缝中的材料受到了搅拌器的作用，使得材料流动更加均匀，从而导致焊缝中颗粒分布的均匀性增强，晶粒也相应减小。
图2不同转速下焊缝中晶粒的SEM图像
3.2拉伸强度和硬度
图3表示了铝合金焊接后的拉伸强度随转速的变化规律，结果表明焊接强度随转速的增加而增加。在1000rpm条件下，焊接强度略低于200MPa，而在2000rpm条件下，焊接强度可达到250MPa左右。这是因为在高速旋转的情况下，搅拌器的作用更加充分，使得焊缝中的颗粒分布更加均匀，焊缝的连续性和强度也相应提高。
图3拉伸强度随转速的变化规律
硬度是一个材料的重要性能指标，反映了材料在承受外界力的情况下的抗压能力。图4表示了铝合金焊缝的硬度随转速的变化规律，结果表明，在高速旋转的条件下，焊缝的硬度也相应更高，且两者之间呈现线性关系。这是因为转速的增加将导致焊缝中晶粒尺寸更小，晶界增多，硬度自然也会相应提高。
图4焊缝硬度随转速的变化规律
3.3塑性
塑性是一个材料的重要性能指标，反映了材料在外界力作用下发生塑性变形的能力。图5表示了铝合金焊缝的塑性随转速的变化规律，结果表明转速对焊缝塑性影响不明显，都在10%左右，说明沿径向的输运流动对焊接的塑性提高只有较小的贡献，相同的转动速率下，在接触处和远离接触处的温度发生了较大的差异，这也会导致材料塑性发生变化。
图5焊缝塑性随转速的变化规律
4.结论
（1）随着转速的增加，焊缝中的颗粒分布更加均匀，晶粒尺寸更小，拉伸强度和硬度也相应增加，而塑性略微降低。
（2）在5083铝合金的搅拌摩擦焊过程中，需要考虑转速的影响以获得更高的焊接质量。
5.参考文献
[1]冯继宏,毛继民.铝合金搅拌摩擦焊接工艺的研究[J].材料工程,2007,(1):1-4.
[2]胡友志,王娜,陈楷.不同机械变形途径对5083铝合金组织及力学性能的影响[J].金属热处理,2016,41(5):93-96.
[3]任帅,林晓明,郑聪锋等.搅拌摩擦焊铝合金材料组织及性能研究进展[J].机械设计与制造工程,2018,47(2):146-151.