局部循环变形对异种高强铝合金搅拌摩擦焊接头的强化机制研究
批准号:
52105357
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
牛鹏亮
依托单位:
学科分类:
成形制造
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
牛鹏亮
中文摘要
异种高强铝合金搅拌摩擦焊接在航空航天等领域具有重大的需求,但服役环境的苛刻性与复杂性对接头力学性能提出了更高要求,现有的接头性能调控方法存在较大局限,难以解决热影响区严重软化难题。基于前期研究结果,在循环变形作用下异种高强铝合金搅拌摩擦焊接头发生循环硬化现象,申请人发现并提出了焊后局部循环变形强化新方法,在室温下获得硬度分布均匀、强度显著提高的接头。本项目以接头非均匀组织与性能量化表征为切入点,揭示接头在拉伸和循环变形条件下的应力-应变响应行为,阐明局部循环变形参数(总应变幅、循环周次)对接头强化影响,获得其可控性规律。最后,基于量化的晶粒尺寸、晶界特性、强化相、位错组态等信息,建立接头拉伸过程中组织演化与非均匀硬化行为的相关性,阐明局部循环变形对接头强化的作用机制。该项目的实施将有力推动异种高强铝合金搅拌摩擦焊接头强化理论发展及在航空航天等领域的关键应用。
英文摘要
The welding of dissimilar high strength aluminum alloy is in a significant demands in aerospace field. But the greater requiremens is needed for the mechanical properties of joint because of the punitive and complexity in service. The present methods, controlling mechanical properties of joints, exist greater limitations, and induce the seriously softened heat affected zone which is very hard to solve. Based on the preliminary results, cyclic hardening phenomenon appeared when cyclic deformation was conducted on the friction stir welded dissimilar high strength aluminum alloy joints, the applicant has found and proposed a novel strengthening method, post weld local cyclic deformation, to achieve the joint with homogeneous hardness distribution and significant improvement of strength at room temperature. The quantified characterizations on the inhomogeneous microstructure and mechanical properties act as the pointcut in the present project, revealling the stress-strain response behavior when tension and cyclic deformation are performed, elucidating the effect of local cyclic deformation parameters, total strain amplitude and cycilc circles, on the joint strengthening and acquiring its controllability law. Finally, the correlation between microstructure evolution and inhomogeneous hardening behavior during tension process will be constructed based on the quantified grain size, grain boundary characteristics, precipates and dislocation state. The mechanisms of local cyclic deformation action on the joint strengthening will be revealed. Thus, the development of strengthening theory and key applications in the areospace filed for the friction stir welded dissimilar aluminum alloy joints will be promoted by the implement of the present project.
异种高强铝合金搅拌摩擦焊(FSW)在航空航天等领域具有重大的需求,FSW是一种先进固相焊接技术,因其突出的固态冶金优势,已成功应用于飞机地板、火箭燃料贮箱等的高质量焊接。但服役环境的苛刻性对接头力学性能提出了更高要求,现有的接头性能调控方法存在较大局限,难以解决热影响区(HAZ)严重软化的难题。本项目的研究内容包括:异种高强铝合金FSW接头组织性能非均匀性、接头非均匀硬化行为和局部循环变形对接头的强化机制研究。研究结果表明,2024/7075高强铝合金FSW接头搅拌区(SZ)上部主要由后退侧(RS)材料组成,中部和下部主要由前进侧(AS)材料组成。旋转速度900 rpm时,SZ中2024和7075的再结晶晶粒、亚结构比例均相当,表现出了相对均匀的组织特征。7075-SZ中含有大量弥散分布的点状强化相,2024-HAZ(热影响区)内部出现了尺寸~80 nm的高密度针状S相和粗大的杆状Ω(Al20Cu2Mn3)相。随搅拌头旋转速度的增加,接头的拉伸性能先升高后降低,搅拌头旋转速度900 rpm,焊接速度150 mm/min接头的拉伸性能最好,抗拉强度422.6 MPa,伸长率11.37%。自然时效后SZ和7075-HAZ硬度有较大提升,7075-SZ硬度值比2024-SZ提升幅度大,2024-HAZ硬度值变化不大,但其软化区面积有所减小。在均匀变形阶段,应变主要集中在2024-HAZ。接头的应变硬化能力高于母材(BM),由于在名义应力相同时,SZ累积位错能力高于BM。经2%,4%,6%的预拉伸,HAZ硬度提升最明显。经6%预拉伸后,接头的屈服强度超过焊态接头的抗拉强度,预拉伸的变形速率越小,强化效果越明显。在接头屈服强度附近加载拉-压对称的200周次循环变形后,接头的软化区几乎消失,其抗拉强度与2024-BM等强,这是由于经循环变形,在软化区引入了大量的累积塑性应变,进而显著提升了软化区的性能,致使接头不同区域的性能趋于均匀化。本项目阐明了异种高强铝合金FSW接头非均匀硬化行为的内在机理,为其焊接结构的塑性加工提供了理论依据和数据支撑,提出了局部循环变形消除接头软化区,实现接头强化的新方法,具有较大的理论意义和工程应用价值。
冷轧—热处理协同作用的TiB2/2024复合材料搅拌摩擦焊接头强塑化机理及可控性研究
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批准号:52565044
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:32.00万元
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批准年份:2025
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负责人:牛鹏亮
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依托单位:
国内基金
海外基金