6061铝合金搅拌摩擦焊毕设论文

1、 ShaanxiUniversityofTechnology毕业论文（设计）题目6061T6铝合金搅拌摩擦焊工艺参数对焊接接头组织和性能的影响学生姓名张云晓学号0914054297所在学院材料科学与工呈学院专业班级材控095指导教师侯军才完成地点材料学院实验室2013年6月11日毕业设计任务书院(系)材料学院专业班级学生姓名，张云晓一、毕业设计题目工艺参数对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接接头组织和性能的影响二、毕业设计工作自2013年月25日起至一2013年6月16日止三、毕业设计进行地点:四、毕业设计内容要求：6061铝合金属于可热处理强化铝合金，主要合金元素为Si、Mg。具有中等强度和较

2、好的塑性、耐腐蚀性，广泛用于轨道列车等承力部件。利用焊接工艺可以把6061铝合金制作成复杂构件常用的二次加工方法。搅拌摩擦焊(FSW)是由TWI研制的一种固态焊接方法，接头强度高、不需要焊接材料、焊接接头质量稳定，无污染。广泛用于造船、汽车、航空、航天、轨道交通的等领域。搅拌摩擦焊焊接过程中温度远低于熔焊的焊接温度，因此在焊接接头中避免产生裂纹、气孔、晶粒组大、固体夹杂等常见的熔化焊焊接缺陷，特别适合于Al、Mg等对热敏感的有色金属及合金的焊接。在航天航空飞行器、轨道列车等领域有广泛的应用前景。本文以4mm6061铝合金为研究对象，找出工艺参数区间，分析工艺参数对接头组织和力学性能的形象规律。

3、毕业设计的主要工作内容:杳阅相关文献，撰写开题报告，进行开题答辩。根据被焊板材的材质、厚度设计合理的搅拌头的形状和尺寸:拍摄工件的光学照片分析不同工艺参数对焊缝表面成型的影响规律:按照拉伸试样的标准，采用线切割的方法制备拉伸试样：(5)截取金相试样并经过砂纸的磨制后，抛光、浸蚀，拍摄低倍宏观和高倍的微观照片:拍摄典型参数的断口形貌和接头的SEM照片分析工艺参数对第二相的变化：分析实验结果:翻译一篇和本课题相关的英文文献(不少于5000字符)。9)撰写不少于10000字的毕业论文。设计时间安排:第14周(2月25日-3月24日)开题阶段杳阅资料，撰写开题报告，进行开题答辩第514周(3月25日-

4、5月31日)进行试验、分析数据，撰写并提交毕业论文第1516周(6月1日-6月16日)收集整理资料、准备毕业答辩参考文献：1MishraRS.MaZY,FrictionstirweldingandprocessingJ.MaterialsScienceandEngineeringR50,2005:1-78. IV陕西理工学院毕业论文21LiuHJ.ChenYC.FengJC.Effectofheattreatmentontensilepropertiesoffrictionstirweldedjointsof2219-T6aluminumalloyJl.Materialscienceandte

5、chnology,2006,22(2):237-241.ThreadgillPL,LeonardAJ,ShercliffHR,etal.FrictionstirweldingofaluminumJ.Internationalmaterialreview,2009,54(2):49-93.ZhouCZ,YangXQ,LuanGH,Effectofrootflawsonthefatiguepropertyoffrictionstirweldsin2024-T3aluminumalloysJI.MaterialsScienceandEngineeringa-StructuralMaterialsPr

6、opertiesMicrostructureandprocessing,2006,418(2):155-160.ZhouCZ,YangXQ,LuanGH,EffectofkissingbondonfatiguebehavioroffrictionstirweldsonAl5083alloyJ.JournalofMaterialScience,2006,41(10):2771-2777.DickersonTL,PrzydatekJ,FatigueoffrictionstirweldsinaluminumalloysthatcontaininrootflawsJ.InternationalJour

7、nalofFatigue2003,25(12):1399-1409.SatoYS,TakauchiH,ParkSHC,Characteristicsofthekissing-bondinfrictionstirweldedAlalloy1050J.MaterialsScienceandEngineeringa-StructuralMaterialsPropertiesMicrostructureandProcessing,2005,405(1-2):333-338.FengAH,ChenDL,MaZYMicrostructureandlow-cyclefatigueofafriction-st

8、ir-welded6061aluminumalloy.MetallMaterTransA2010;1A(10):1-16.GrainstructureanddislocationdensitymeasurementsinafrictionstirweldedaluminumalloyusingX-raypeakprofileanalysis.MaterSciEngA2008;498:308-313.EffectofweldingparametersonmechanicalandmicrostructuralpropertiesofAA6082jointsproducedbyfrictionst

9、irwelding,JMaterProcessTechnol2008;200:363-372.Frictionstirweldingparameters:atoolforcontrollingabnormalgraingrowthduringsubsequentheattreatment.MaterSciEngA2005;391:51-59.InfluenceoftooldimensionandweldingparametersonmicrostructureandmechanicalpropertiesofFriction-Stir-Welded6061-T651AluminumAlloy.

10、MetallMaterTransA2008:39(10):2378-2388.指导教师系教研室）材控教研室系（教研室）主任签名批准日期接受设计任务开始执行日学生签名陕西理工学院毕业论文 6061T6铝合金搅拌摩擦焊工艺参数对焊接接头组织性能的影响张云晓（陕西理工材料科学与工程学院材控095班，陕西汉中723003）指导教师：侯军才摘要:6061-T6铝合金属Al-Mg-Si系可热处理强化铝合金，具有中等强度、良好的塑韧性、耐腐蚀性和挤压性等优点，在航空航天、航海以及轨道车辆等领域被广泛使用。目前针对6061-T6铝合金的传统焊接方法存在易产生焊接裂纹和气孔、焊接变形大、焊缝力学性能不高等问题，

11、大厚度焊接则更加困难。搅拌摩擦焊作为一种新型固相连接方法为6061-T6铝合金板焊接提供了一种新的解决途径。本课题针对4mm厚6061-T6铝合金板搅拌摩擦焊焊接参数对焊缝机械性能的影响进行了研究，发现，在确定的搅拌头几何参数下，不喷水搅拌头转速不变，焊接速度提高接头塑性与抗拉强度均增大。喷水则与之相反。不喷水保持焊接速度不变，搅拌针转速提高焊缝抗拉强度与塑性均增强，喷水亦然。通过硬度检测，发现喷水可使热影响区范围变窄。焊缝可分为焊核区，前进侧热机影响区，后退侧热机影响区，热影响区几部分。焊核区为均匀细小的等轴晶，热机影响区为弯曲变形被拉长的条状晶粒，热影响区为粗大的板条状晶粒。母材区硬度值最

12、高，热影响区硬度值最低，焊核区比热影响区稍高。关键字:搅拌摩擦焊；铝合金；微观组织；工艺参数。InfluenceofWeldingParametersonMicrostructureandMechanicalParametersofFriction-Stir-Welded6061-T6AluminumAlloyZhangYunxiao(GradeO9,Class5,Majorcontrolmaterials,MaterialInstitute,ShaanxiUniversityofTechnology,HanZhong723003,Shaanxi)Tutor:HouJuncaiAbstract

13、：6061-T6aluminumalloy,aheattreatablestrengthenedaluminumalloyofAI-Mg-Sialloys,withtheadvantagesofmediumstrength,goodplasticityandtoughness,corrosionandcrumplingresistance,hasbeenwidelyusedinthefieldsofaerospace,marine,railwayvehicles,etc.However,duetotheproblemsuchasweldingcracksandpores,largeweldin

14、gdeformation,andlowmechanicalpropertiesofweldsraisedinthetraditionalweldingmethodfor6061-T6aluminumalloy,thelargethicknessweldingbecomesmoredifficult.Frictionstirwelding(FSW),anewsolid-stateweldingtechnique,providesanewsolutionfor6061一T6aluminumalloyplateconnection.Inthisresearch,westudytheinfluence

15、offrictionstirweldingparametersonfrictionstirweldingjointof4mm6061-T6aluminumalloyplate.Theresultindicatethatwiththesametoolandnowaterforcooling,increasestheweldingspeedleadtoajointwithbettertensilestrengthandplasticity,butwhilewithwaterforcoolingleadtoaadverseresult.Increasetheweldingspeedleadtoago

16、odjointinspiteofcoolingornot.Throughthehardnesstest,itwasfindthatwithwaterforcoolingcandecreasetheheataffectzone(HAZ).Thejointcanbedividedintofoursection:thestirzone(SZ),thermo-mechanicallyaffectedzone(TMAZ),heataffectzone(HAZ).TheSZiscomposedbysmallequiaxedgrainstructure.TheHAZandthebasematerialwer

17、echaracterizedbytheelongatedgrains.TheelongatedgrainsofTMAZweredeformedinaupwardflowingpattern.TheSZhavethebesthardnessvalue,andheHAZhavealowesthardnessvalue.KeyWords：FrictionStirWeld;AluminumAlloy;Microstructure;WeldingParameters.目录中文摘要AbstractTOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark26 1前言1 HYPERLINK l b

18、ookmark28 1.16000系铝合金1 HYPERLINK l bookmark30 1.2铝合金在汽车工业的应用1 HYPERLINK l bookmark32 1.3搅拌摩擦焊的原理、发展及应用11.3.1搅拌摩擦焊的发展及应用前景1 HYPERLINK l bookmark34 1.3.2搅拌摩擦焊的原理及特点2 HYPERLINK l bookmark36 1.3.3铝合金搅拌摩擦焊研究现状2 HYPERLINK l bookmark38 1.4研究的目的及意义3 HYPERLINK l bookmark40 2实验部分3 HYPERLINK l bookmark42 2.1实验

19、内容，工艺参数选择3 HYPERLINK l bookmark44 2.2焊接设备42.3实验过程52.3.1焊接52.3.2试样拉伸52.3.3金相试样处理52.3.4电解抛光52.3.5组织观察62.3.6显微硬度测试62.4实验总结6 HYPERLINK l bookmark48 3实验结果73.1试样拉伸性能73.2显微组织和晶粒8 HYPERLINK l bookmark52 3.3显微硬度分布8 HYPERLINK l bookmark54 4结论9 HYPERLINK l bookmark56 参考文献10 HYPERLINK l bookmark58 致谢11第 页共15页陕西

20、理工学院毕业论文1前言1.16000系铝合金Al-Mg-Si合金具有强度和塑性的良好组合，综合性能优良。与钢板相比，6000系.T4态板材的屈服强度和抗拉强度相近，n值超过钢板。此外，6000系铝合金是可热处理强化合金，在冲压成型后，经油漆烘烤，性能可进一步提高，而且铝合金板材还可直接利用原有的模具和生产线来加工。6000系铝合金具有成型性好、耐蚀性强、强度高、耐高温等优良性能。7000系合金虽然也具有较好的硬度和强度，但疲劳强度低于6000系合金；6000系和2000系合金相比抗腐蚀性能优越；5000系合金的斯德勒线及桔皮效应不令人满意，而6000系合金的这两种性质较好。综上所述，6000系

21、性能优良，所以倍受人们关注。6000系合金可以通过添加少量多种合金元素来细化晶粒，改变再结晶状态，同时改进铸造、轧制及热处理等工艺获得良好的综合性能。12铝合金在汽车工业的应用铝合金是一种适合于汽车应用的轻量化材料。由参考文献1-3可知，目前，减轻汽车自重以降低能耗、减少污染、提高效率已成为汽车厂商竞争的措施。汽车自重每降低100kg，油耗就可减少0.7L/km。达到同样的力学性能指标，铝比钢轻60%；承受同样冲击，铝板可以比钢板多吸收能近一半的冲击。因此.使用铝合金代替钢板是各汽车制造商努力追求的目标之一。如近期出现的6061铝合金驱动轴就是很好的例证。6061铝合金属热处理可强化合金，主要

22、合金元素Mg、Si,其主要成分见下表：表1.16061铝合金具体成分SiFeCuMnMgCrZnTi其它铝40.35其余6061铝合金中Mg、Si含量比值约为2:1，形成Mg2Si相，固溶于铝中，使铝具有人工时效硬化功能。6061铝合金铝具有具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性能，同时具有中等强度，在退火后仍能维持较好的操作性等优良特性，在航空航天，汽车，运输，包装，电子等多领域都扮演重要角色。主要用途细分为：板带用于装饰、包装、建筑、运输等；在航天上用于制作飞机蒙皮、旋翼、机身框架、油箱起落架支柱等交通运输

23、上用于做车门窗、货架、发动机零件、空调器、散热器、汽车轮毂等；包装方面有被制成易拉罐、箔、盖、桶，广泛用于食品、药品、香烟等包装；电子方面主要有各种母线、架线、道题、电器元件、冰箱电缆等。13搅拌摩擦焊的原理、发展及应用1.3.1搅拌摩擦焊的发展及应用前景搅拌摩擦焊是由英国焊接研究所(TWI)于1991年提出的一项新型固相连接方法。与传统的熔化焊相比，搅拌摩擦焊具有晶粒细小、疲劳性能、拉伸性能和弯曲性能良好、无烟尘、无气孔、节能、无需焊丝、焊接时不需要保护气体、焊后残余应力与变形小等优点。由参考文献4-7知，经过十多年的发展，搅拌摩擦焊技术已经取得了巨大的发展，在航空、航天、汽车、高速舰船、高

24、速铁路列车等许多工业领域都得到广泛的应用。在中国，随着人们对搅拌摩擦焊技术优越性的不断认识，许多高校、科研院所及企业都纷纷开展搅拌摩擦焊相关技术研究。不仅是铝合金，镁合金，铜合金等低温和金，钛钢等高温合金的搅拌摩擦焊研究也几经开始。搅拌摩擦焊已经从最初的一体式搅拌焊头焊接衍生出分体式焊头、双焊接头、双轴肩焊头搅拌摩擦焊等。国外的搅拌摩擦焊已经发展出多轴联动搅拌摩擦焊设备、机器人搅拌摩擦焊设备等。目前，其焊接轨迹从直线发展到了空间轨迹，其应用已经从非承力部件和次承力部件发展到承力部件。在应用材料方面，铝合金仍是未来几年搅拌摩擦焊的主要研究材料，而镁合金、铜合金、不锈钢、碳钢以及异种金属的搅拌摩擦

25、焊将也将成为研究的热点。焊接工艺、有限元数值模拟以及接头性能和焊后加工处理也将成为搅拌摩擦焊研究的热点和重点。由于搅拌摩擦焊具有可靠和低成本两个突出优势，使宇航制造中轻合金的高质量低价连接成陕西理工学院毕业论文第 页共15页为可能，这使其在宇航界具有广阔的应用前景。目前，搅拌摩擦焊在欧美的航空航天业已经成功应用，在我国，这方面的研也已经开始，相信在不远的将来，这项新技术也会成为推动我国的航空事业的发展的一大臂助。1.3.2搅拌摩擦焊的原理及特点搅拌摩擦焊原理如图1.1所示。焊接时，搅拌头一边高速旋转，一边沿着焊接方向移动，焊接过程中，搅拌头轴肩与被焊工件表面摩擦产生大量的热使被焊工件达到塑性流

26、动状态，塑性状态的金属在搅拌头旋转压力的挤压作用下，沿搅拌针旋转方向从前进侧移动到后退侧，随着搅拌头的移动，高度塑性变形的金属流向搅拌头的后部，逐渐冷却形成焊缝。搅拌摩擦焊焊接接头可划分为3个区域，每一区域组织都具有不同的形态。分别为热影响区、热机影响区和焊核区。焊核区由于受搅拌头的高速旋转挤压作用，原始的组织晶粒被搅拌破碎，同时在轴肩与被焊板材表面摩擦产生的热作用下，发生动态再结晶，由母材的长条状组织重结晶为均匀细小的等轴晶组织。热机影响区组织在搅拌头的高速旋转作用下发生塑性变形，发生弯曲并表现出一定的方向性。因其受到的摩擦热远低于焊核区，不足以使组织发生再结晶，而只发生部分长大。热影响区与

27、热机影响区相同，在热作用下，组织和晶粒只发生了二次长大，与母材相比组织明显粗化。区别是热影响区组织不受机械搅拌作用，晶粒未发生变形8-10。图1.1搅拌摩擦焊原理不意图因为搅拌摩擦焊焊接温度在铝合会熔点以下，使其与普通熔化焊有不同的本质，相应地带来了一系列优点。接头力学性能好。大量试验结果表明，搅拌摩擦焊接头力学性能比MIG焊接头显著提耐18。因为热循环温度比MIG焊低，所以过时效程度减轻，接头力学性能提高。焊接应力和变形小。搅拌摩擦焊的焊接温度较低，热影响较小，焊后结构残余应力和变形量比熔化焊小得多，基本可实现板件的低应力无变形焊接。在同等情况下，搅拌摩擦焊的变形为MIG焊的1/26。焊接接

28、头质量高。由于搅拌摩擦焊是材料在塑性状态下通过挤压完成的，属固相焊接，故产生气孔的几率很小。焊接部位的组织与母材相近，避免了熔焊时熔池凝固过程产生的裂纹。焊接部几乎没有变色，头表面及背面均很平滑。制造成本低，效率高。焊前无需开坡口和特殊清理，焊接无需填充材料和保护气体，能量消耗比熔化焊减少80%。能一次完成较长焊缝、较大截面、不同位置的焊接，并且容易实现自动控制。焊接环境清洁无污染。搅拌摩擦焊不会产生弧光辐射、烟尘等污染，是一种绿色焊接工艺。1.3.3铝合金搅拌摩擦焊研究现状由参考文献11-12冋知，搅拌摩擦自问世以来就引人注目，吸引了许多研究机构的研究，铝合金是目前搅拌摩擦焊应用最为成熟的合

29、金之一。目前的研究主要集中在焊接接头微观组织、接头拉伸性能、焊接热循环与接头显微硬度几方面，也包括对超大厚度如60mm厚铝合金板焊缝性能的研究，并已取得很多令人瞩目的研究成果。2012年刘元朋等人对4mmLF2铝合金FSW接头组织进行了研究，发现热影响区形成了粗大的板条状组织，热机影响区内组织发生了较大的弯曲变形，焊核区组织为细小而均匀的再结晶的等轴晶组织问。2012年，董继红等人对30mm厚7A05铝合金搅拌摩擦焊进行了研究，研究表明，通过合理选择工艺参数和设计搅拌头形状得到的焊缝抗拉强度可达到母材的95%,屈服强度达到母材的81%，且断后伸长率均大于母材。所得焊缝最低硬度在前进侧热影响区，

30、硬度值约为102HV。研究中对焊缝各部位组织进行了观察，发现，7A05铝合金FSW接头可分为三区：焊核区，热机影响区，热影响区。焊核区经历了动态再结晶的等轴晶明显细化；热机影响区受机械拉伸力和热量的双重影响，发生塑性变形与动态再结晶，既有等轴晶也有拉长的带状组织，晶粒大于焊核区；热影响区晶粒因受热作用而长大。焊核区与母材过渡区域较窄14由参考文献14-17可知，因铝合金具有低密度和较好机械性能，在汽车上应用对节能减排优势突出，应用了铝合金的汽车可减轻自重40%，减排30%左右，近年来尤其在汽车工业上的应用发展迅速，前景广阔。1.4研究的目的及意义本课题主要对4mm厚6061T6铝合金FSW不同

31、工艺参数焊接接头组织和性能的影响进行研究，主要目的为弄清各工艺参数对焊接接头组织性能的影响。铝合金在许多领域都有着重要的作用，但传统焊接方法焊接铝合金缺陷多，易形成气孔、夹渣、裂纹等。不利于铝合金应用的推广。而搅拌摩擦焊焊接铝板因不用达到金属熔点而克服了铝合金难焊接的问题，焊出的焊缝机械性能比传统焊接方法有了大幅度提升。搅拌摩擦焊技术在铝合金上的应用早一步成熟，就可以推动整个铝合金在各行业的应用，并为社会带来巨大财富与发展。2实验部分2.1实验内容，工艺参数选择本课题主要是解决4mm6061T6铝合金搅拌摩擦焊工艺参数对焊缝性能的影响，用实验法进行研究。搅拌摩擦焊工艺参数主要有：搅拌头的旋转速

32、度、搅拌头的插入深度、插入速度、插入停留时间、焊接速度、焊接压力、回抽停留时间、搅拌头回抽速度等。本次课题将针对搅拌头旋转速度和焊接速度这两个参数进行研究，并对喷水冷却何不喷水冷却的焊缝进行比较。通过测定不同工艺参数下焊接接头的组织性能，分析FSW焊接过程物理原理，来总结焊接参数对焊缝性能的影响。搅拌摩擦焊工艺参数较多，包括搅拌针几何参数搅拌针直径、搅拌针长度、轴肩直径、搅拌针形状；焊接速度、搅拌头旋转速度、是否喷水冷却；搅拌头倾角、下压量等。其中对焊缝性能影响最大的有搅拌针形状、焊接速度和搅拌头旋转速度。搅拌针有锥形、圆柱形、锥形带螺纹和锥形带凹槽几种，其中锥形比圆柱形搅拌针好，带螺纹比不带

33、螺纹的好。本实验用搅拌头为锥形带螺纹搅拌针，材料为工具钢。搅拌头轴肩直径为其外观图为：图2.1搅拌头实物图基于搅拌针旋转速度与焊接速度的调节，和喷水与不喷水冷却，本实验共设定了十五组工艺参数组合，如表1所示。本文中R为搅拌头旋转速度；W为焊接速度；P为搅拌头轴肩下压量；L为喷水量。表2.1工艺参数组合及对应编号编号R(r/min)W(mm/min)P(mm)L(L/min)110001000.2210002000.2310003000.2410004000.2510001000.21.2610002000.21.2710002500.21.289001500.21.2910001500.21.

34、21011001500.21.21112001500.21.21213001500.21.2138003000.2149003000.21511003000.22.2焊接设备本试验采用的焊接设备如图2-1所示，是由北京赛福斯特技术有限公司生产的FSW-3LM-003型龙门式数控搅拌摩擦焊机，具有操作方便、位置控制精度高等优点。其主要参数如下：输出主轴：最大功率15kW，最高转速3000rpm；X向工作台：有效行程1.2m，运动精度土0.25mm,最高速度72m/h；Y向移动单元：有效行程1.0m，运动精度土0.25mm；Z向移动单元：有效行程0.3m，运动精度土0.25mm；适焊材料：铝合金，

35、镁合金及铜合金等；焊缝型式：直缝或环缝；工件板厚：平板320mm,筒体310mm；工件尺寸：平板1200Xl000mm,筒体1000X1200mm。图2.2搅拌摩擦焊设备图23实验过程2.3.1焊接试验用铝合金板材为冷轧板，板材组织因在轧制过程中被拉长变形而呈细长条状，并具有方向性，因此板材沿轧制方向抗拉强度高，为便于测试焊缝抗拉强度，本实验沿与轧制方向垂直的方向，以设定好的焊接参数组合各焊接长10cm左右的对接焊缝，并用记号笔标记焊接参数，如图2.3中a和c所示。本实验所焊焊缝外观均较好，无太明显缺陷。图2.3为本次试验所用部分焊缝外观图，其中b为焊缝中间放大图。发现焊缝表面美观，无缺陷，即

36、使有少量飞边也对焊缝质量没有影响。图2.3部分焊缝外观A试样R1000W100P0.2的整体焊缝成型，b其中间放大图，c试样R1000W400P0.2的整体焊缝成型2.3.2试样拉伸将焊缝试样按事先设计好的尺寸线切割成所需的拉伸试样，每组工艺参数切两个试样，最后结果取平均值。本实验用拉伸试样为国标规定标准试样，标距50mm,总长150mm。在进行实验前在试样上用卡尺量出其可能断裂处的横截面尺寸,求取面积备用，并在拉伸试样上标记其标距。最后在拉伸试验机上以1mm/min的应变速率逐个将其拉断，记录实验中拉伸力的峰值，除以断裂处横截面面积可得抗拉强度。然后将拉断的式样对好测其断后标距长度，用断后标

37、距减去原有标距的结果除以原来标距即为试样断后伸长率。断后伸长率可用来表征焊缝的塑性。结果发现，试样均在焊缝处断裂，无在母材区断裂试样。2.3.3金相试样处理将试样切割成约15x30 x4mm的大小，确保待观察面平整且垂直于焊接方向。用牙水和牙托粉对试样进行镶嵌，增大待观察面面积，利于金相磨制。本实验使用砂纸型号为：水砂纸，从280目到1500目，依次使用280,400,800,1200,1500目。干砂纸，400目和600目。在每道砂纸上打磨时保持方向一致，力度均匀，待试样上划痕方向一致，用肉眼无法看到乱纹时可进行下道砂纸打磨，下一道砂纸沿与上次打磨方向垂直的方向打磨。磨制试样时用力要轻，力度

38、均匀。尤其最后一道砂纸不能太用力，否则容易留下无法抛光的划痕。抛光剂采用1微米金刚石研磨剂，进行粗抛和精抛两道工序，抛光至试样待观察表面无划痕且光亮如镜面，待试样干燥后表面无水渍为合格。抛光好的试样要妥善保管，装袋并保证干燥，或立即进行电解抛光。2.3.4电解抛光本实验采用电解液为5%高氯酸乙醇溶液，电源为28V恒压电源，使用不锈钢片做阴极，待抛光试样做阳极。使用500ml烧杯作电解池。抛光过程中使用磁力搅拌器对电解液进行降温。试验时用连接电源正极的不锈钢镊子夹住试样放入电解液中，保证试样完全进入液体中且待抛光面与阴极平行，抛光12s,试样取出后立即在盛有甲醇的小烧杯中洗涤，洗涤两次。然后立刻

39、用大量水冲洗，然后用酒精清洗，用电吹风将试样吹干。最后用凯乐试剂腐蚀。腐蚀时，用蘸有腐蚀剂的棉花擦拭试样15s,再冲以大量清水，无水乙醇清洗，风机吹干。试样侵蚀好即可观察组织并照相。2.3.5组织观察对每个试样拍摄焊核区50倍、500倍照片，前进侧后退测热机影响区50倍，热影响区500倍照片，母材区500倍照片。观察组织和晶粒形状特点，并观察试样有无缺陷。236显微硬度测试将试样用橡皮泥固定在平薄板上，使待测面朝上，用压平器压平使待测面与水平面平行，将试样置于显微硬度仪上，设定加载力为200g，加载时间为10s，调整试样位置和方向，沿试样厚度方向中心线以1mm为间隔打点测硬度值。每测得十个硬度

40、值对读数系统进行一次调零。记录硬度值变化趋势，画出其曲线图。2.4实验总结本次毕业设计实验过程坎坷，实验中遇到很多问题，但最终我们在老师的帮助下克服了困难，完成了实验。本次试验算是比较成功。从此次试验中我学到了很多东西。每次实验前都要先熟悉实验步骤内容，准备好实验用材料，调试好仪器。以尽量避免实验过程出现问题。每一个实验，每一步都要严格按正规步骤进行，稍有疏忽可能就会使你前功尽弃。3实验结果3.1试样拉伸性能表3.1试样拉伸性能编号断裂力KN抗拉强度MPa断裂伸长率110.41186.957.38211.40184.545.71311.38198.274.29412.27215.134.085

41、10.52198.825.88610.18173.981.8479.86171.713.55810.65177.183.96910.67187.534.251010.44180.934.691111.20193.935.131211.57201.175.711310.40176.214.611411.10187.893.801510.91183.323.47根据焊接参数的不同，划分为不喷水变搅拌头转速、不喷水变焊速、喷水变焊速、喷水变转速四类来比较拉伸性能，下图为不喷水变焊速拉伸性能趋势图，搅拌头旋转速度为1000r/min,焊接速度从100mm/min(a)(b)图3.1不喷水变焊速拉伸性能

42、(a)抗拉强度，(b)断后伸长率观察发现，搅拌头旋转速度为1000r/min时，焊接速度从100mm/min增加到400，焊缝抗拉强度从186MP增加到215MP断裂伸长率从7.38%下降到4.08%。即搅拌针旋转速度不变，焊接速度增加，焊缝抗拉强度增加，塑性降低。通过观察，拉伸试样均在焊缝处断裂，已知搅拌摩擦焊中热影响区为最弱的区域，因此可推断焊缝在热影响区断裂。由热影响区形成机理推断，因为提高转速后，单位长度焊缝热输入减少，热影响区组织热循环中高温停留时间变短，晶粒长大变少。(a)图3.2不喷水变转速焊缝拉伸性能(a)抗拉强度，(b)断后伸长率观察得，焊接速度为300mm/min,不喷水冷

43、却时，搅拌头旋转速度从800r/min增加到1100r/min,焊缝抗拉强度先增加后减小，在搅拌头旋转速度为1000r/min时得到最大值198MP,断后伸长率整体呈减小趋势，但在搅拌针旋转速度为1000r/min时略有回升，即焊缝塑性随搅拌针旋转速度增大而减小。整体比较，在此组中，搅拌针转速1000r/min焊接速度300mm/min焊缝综合性能最好。(a)抗拉强度，(b)断后伸长率由上图得，搅拌头旋转速度为1000r/min,有喷水冷却时，焊接速度从100mm/min增加到250mm/min,抗拉强度从198MP降至171MP，断后伸长率从5.88%下降到3.55%。有喷水冷却，搅拌针旋转

44、速度保持1000r/min,焊接速度增加，焊缝抗拉强度与塑性均降低。图3.4喷水变转速拉伸性能(a)抗拉强度，(b)断后伸长率上图为喷水冷却，焊接速度保持150mm/min,搅拌针转速从900r/min增加到1200r/min的焊缝拉伸性能趋势图，左图为焊缝抗拉强度图，又图为可见焊缝抗拉强度与断后伸长率均增大，得到最好强度为201MP。在搅针旋转速度为1200r/min时焊缝综合性能最好。3.2显微组织和晶粒ab图:玉5焊缝各区域显微组织fda母材区，b焊核区，c前进侧热机影响区，d后退侧热机影响区，eZ曲线，f热影响区图3.4为搅拌摩擦焊焊缝各部分微观组织图，搅拌摩擦焊焊核宏观上呈碗状或盆状

45、，因焊接参数不同而略有变化，前进侧热机影响区与焊核界限比后退侧与焊核界线分明。焊核内可观察到洋葱环结构，各部位组织晶粒均引进过的热循环不同而不同。图f所示为热影响区晶粒，图a、g所示为母材区晶粒，可见母材区与热影响区均为在轧制过程中被拉长的柱状晶，只是热影响区晶粒受热作用而长大。图b为焊核区晶粒组织，因发生再结晶而成为细小的等轴晶c、d分别为前进侧和后退测热机影响区，观察发现热机影响区晶粒受机械搅拌拉伸和热作用的双重作用发生畸变，弯曲并具一定方向性。图e为对接面氧化皮形成的z曲线，可以表征焊接过程中焊核处金属的流线。3.3显微硬度分布图3.6不喷水变焊速硬度值分布上图为两个试样的硬度值曲线，可

46、以看到两侧母材区硬度值最高，在两侧的热影响区硬度值达到最低，焊核区略有回升。是因为，热影响区晶粒长大成为粗大的板条状，使得硬度变低。从1#到3#焊接速度从100增加到300mm/min,搅拌头转速不变，可以发现提高焊速热影响区变窄，这是因为单位距离内热输入变小，是焊缝周围高温停留时间变短。图3.7不喷水变转速硬度值分布上图13#到15#为搅拌头转速为800到11100r/min,是硬度分布变化对比图，发现，增加搅拌头旋转速度，热影响区变大且硬度值减小。图3.8喷水与不喷水硬度值分布对比上图中1#与5#焊接参数均为r1000/w100/pt0.2,1#不喷水，5#喷水。观察发现，喷水后热影响区范

47、围缩小，是因为喷水冷却使得焊缝周围降温速率加快，热循环中高温停留时间缩短，晶粒粗化不明显，硬度值相对不喷水冷却时有所升高，然而焊核区硬度值变低，原因未知，若要探究原因，需对焊核区显微组织用透射电镜进行进一步观察。7#焊速为250mm/min，发现喷水时焊接速度升高热影响区硬度值变低。焊缝抗拉强度应与热影响区硬度值相吻合，但本实验所测硬度值不足以表现热影响区硬度值分布，加上本来母材硬度值就具有一定跳跃性，因此本实验中的硬度分析可能不太精确。另外，焊接过程中热循环是直接影响焊缝性能的因素，如果对各焊缝测定焊接过程温度变化则可进一步分析焊接参数对焊缝性能的影响。4结论焊缝各处组织和机械性能受其经过的

48、热循环控制，焊接速度和搅拌头旋转速度决定焊接过程的热输入。想进一步分析焊缝机械性能与焊接参数的关系，需要测焊缝热影响区点热循环与焊接参数的关系。不喷水，搅拌头旋转速度不变，随着焊接速度的增加，焊缝抗拉强度逐渐增大，塑性降低。喷水，搅拌头旋转速度不变，随着焊接速度的增加，焊缝抗拉强度逐渐减小，塑性先降低后增加。不喷水，焊速不变，随着搅拌头旋转速度的增加，焊缝抗拉强度先增大后减小，塑性整体下降。喷水，焊速不变，随着搅拌头旋转速度的增加，抗拉强度增加，塑性增强。本次试验仅选取了两个拉伸试样，若取多个试样进行试验取平均值结果会更准确。焊缝可分为焊核区，前进侧热机影响区，后退侧热机影响区，热影响区几部分。焊核区为均匀细小的等轴晶，热机影响区为弯曲变形被拉长