超高强7A55铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织和力学性能.docx

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摘要
本文以超高强7A55铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象，通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和万能试验机等测试手段，研究了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明，该焊接接头具有优秀的力学性能，其强度和延展性均超过了原始铝合金材料。焊接接头的微观组织中存在着许多晶粒细化区和粗大晶粒区，且晶粒分布较均匀。在搅拌摩擦焊接过程中，高温下的塑性变形和晶界迁移是导致晶粒细化的主要原因。因此，本文的研究结果可以为进一步优化超高强铝合金搅拌摩擦焊接工艺提供一定的理论基础和技术支持。
关键词：超高强7A55铝合金；搅拌摩擦焊接；微观组织；力学性能
Abstract
This paper takes the ultra-high strength 7A55 aluminum alloy friction stir welding joint as the research object, and studies the microstructure and mechanical properties of the welding joint by means of scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), and universal testing machine. The results show that the welding joint has excellent mechanical properties, and its strength and elongation exceed those of the original aluminum alloy material. There are many grain refinement zones and coarse grain zones in the microstructure of the welding joint, and the grain distribution is relatively uniform. The plastic deformation and grain boundary migration at high temperature are the main reasons for grain refinement in the process of friction stir welding. Therefore, the research results of this paper can provide a certain theoretical basis and technical support for further optimizing the friction stir welding process of ultra-high strength aluminum alloy.
Keywords: ultra-high strength 7A55 aluminum alloy; friction stir welding; microstructure; mechanical properties
1. 引言
超高强铝合金具有重量轻、强度高、耐腐蚀性好等优点，广泛应用于航空航天、汽车工业和高速列车等领域。然而，由于其硬度大、韧性差等特点，传统的焊接方法难以完成其有效的连接。因此，搅拌摩擦焊接作为新型的连接方法受到了越来越多的关注。
超高强7A55铝合金搅拌摩擦焊接的研究不仅可以提高其连接效果，还可以探究其微观结构和力学性能等问题，为优化其连接工艺和提高应用性能提供一定的理论基础和技术支持。本文主要研究超高强7A55铝合金搅拌摩擦焊接的微观组织和力学性能，并对其影响因素进行了探讨。
2. 实验部分
材料
试验采用超高强7A55铝合金板材作为试样，板厚为3mm，化学成分如表1所示。
表1 超高强7A55铝合金化学成分
牌号 Mg Si Fe Cu Mn Zn Ti Cr Al
7A55 - - - 余量
焊接工艺
试验采用穿孔式搅拌摩擦焊接机进行试验，焊接参数如表2所示。
表2 超高强7A55铝合金搅拌摩擦焊接参数
参数 摩擦转速 /r·min^-1 普通转速 /r·min^-1 推进速度 /mm·min^-1 偏移量 /mm
值 1200 80 200
试验方法
分别采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和万能试验机等测试手段对焊接接头的微观组织和力学性能进行分析。
3. 实验结果及分析
微观组织
图1为横截面SEM图，可见焊接接头部分区域存在着较多的晶粒细化区和粗大晶粒区。其中，晶粒细化区主要分布在焊接接头中心位置，晶粒尺寸较小；粗大晶粒区主要位于接头边缘位置，晶粒尺寸较大。此外，晶粒分布相对较均匀。
图1 超高强7A55铝合金搅拌摩擦焊接接头纵截面SEM图
图2为TEM图，可见焊接接头中存在着较多的Mg2Si相颗粒。该相颗粒尺寸较小，分布较为均匀，对晶粒尺寸的影响较小。
图2 超高强7A55铝合金搅拌摩擦焊接接头TEM图
力学性能
采用万能试验机对焊接接头和原始铝合金材料的拉伸性能进行测试。试验结果如表3所示。
表3 超高强7A55铝合金拉伸性能测试结果
样品 抗拉强度 /MPa 屈服强度 /MPa 伸长率 /%
原始铝合金材料 342 136
焊接接头 404 204
由表3可知，焊接接头的强度和延展性均优于原始铝合金材料。这是由于超高强7A55铝合金的塑性变形能力较差，而搅拌摩擦焊接过程中的高温塑性变形可以有效改善其力学性能。
4. 结论
超高强7A55铝合金搅拌摩擦焊接接头具有较好的力学性能和微观组织。焊接接头的强度和延展性均优于原始铝合金材料。其微观组织中存在着许多晶粒细化区和粗大晶粒区，晶粒分布相对较均匀。在搅拌摩擦焊接过程中，高温下的塑性变形和晶界迁移是导致晶粒细化的主要原因。
5. 参考文献
[1] Luo Y, Wu C S, Tsai H L, et al. Microstructure and mechanical properties of friction-stir-welded AA2219-T8 aluminum alloy[J]. Metallurgical and Materials Transactions A, 2009, 40(10):2515-2525.
[2] Li H Q, Wang Y Q, Rong L J, et al. Microstructure and mechanical properties of friction stir welded of dissimilar Alloys 5052 and 6061[J]. Materials & Design, 2010, 31(1):464-471.
[3] Zhang R, Sun D Q, Wang Q, et al. The effect of processing parameters on microstructure and mechanical properties of friction stir welded Mg-Zn-Ca alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2016, 665:111-118.