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太原理工大学 硕士学位论文 AZ31镁合金扩散连接的研究 姓名：王月 申请学位级别：硕士 专业：@ 指导教师：@ @ 太原理工大学硕士研究生学位论文 I AZ31 镁合金扩散连接的研究 摘 要 随着工业技术的飞速发展，人们对汽车、飞机的性能要求越来越高， 降低结构重量成为提高其性能的重要措施由于镁合金是常用金属结构材 料中最轻的一种，比重小，良好的电磁屏蔽性，导热性，可再回收利用等 特点广泛应用于航空航天、汽车、通讯和电子行业由于扩散焊具有很 多优于熔化焊以及钎焊的特点因此近年来引起了人们的重视，成为焊接领 域的研究热点 本文通过试验证实了挤压态AZ31镁合金实现扩散连接的可能性，确定 了比较合理的扩散连接工艺参数即：温度450℃，保温时间60min，连接压 力15MPa利用金相显微镜、万能试验机、显微硬度等分析测试技术对接头 区的微观组织进行了分析分析结果表明：焊接接头经历了扩散再结晶， 焊缝区晶粒细化，组织致密焊接过程中的加工硬化和再结晶使接头处的 显微硬度有所提高通过对扩散连接试样的等效压缩应变分析发现，随着 温度的提高，应变逐渐增大，这主要是由于在不同温度范围内的线膨胀系 数不同所引起的。

根据再结晶退火理论，通过再结晶退火进行细化晶粒，试验表明在 200℃，保温60min晶粒尺寸可由原来的34µm细化到13µm左右将细化后的 试样进行扩散连接并与原始的扩散连接结果进行比较发现：经过细化后的 试样在450℃， 15MPa的压力下较原始试样扩散连接可缩短连接所需的时间， 其主要原因是由于细化后的试样在相同的连接条件下有效扩散系数大于原 始试样的有效扩散系数利用显微硬度仪测量接合面附近的硬度，发现在 连接面处显微硬度值最高，随着距离连接面距离的变化硬度逐渐降低，硬 度值趋于稳定这是由于焊缝区域的组织产生了微观的塑性变形，经再结 太原理工大学硕士研究生学位论文 II 晶重组，使得晶粒得以细化的缘故通过在万能试验机上进行剪切试验发 现，随着温度的提高，剪切强度逐渐增大，同时证实了原始组织越细，达 到相同剪切强度扩散连接所需的时间越短本试验为超塑性扩散连接组合 工艺的研究提供了参考 关键词：镁合金，扩散连接，再结晶，晶粒细化，有效扩散系数 太原理工大学硕士研究生学位论文 III STUDY ON DIFFUSION BONDING OF AZ31 MAGNESIUM ALLOY ABSTRACT With the fast development of industrial technology, people will be higher property requirements for automobile and aeroplane. Reduing strcture weight is the most important method to improve its performance. Magnesium alloy is the lighest one of metal structural materials. Its density is small, its dimension is stable. And magnesium alloy have a good characterized in electromagnetic shielding, thermal conductivity and recoverability. it is widely used in the fields of aerospace, automobile, telecommunications and electronic industry. Due to diffusion bonding has many special characteristics campared with fusion welding and brazing. Consequently, it causes people’s attention and becomes hot topic in research field recently. Diffusion bonding of AZ31 magnesium alloy was approved by experiment in this paper. Optimal craft parameter was confirmed: temperature - 450 degree, bonding time - 60min, bonding stress -15MPa. Micrograph in bonding field were analysed depending on metallurgical microscope and microhardness testing machine and so on. The result showed that crystall is refined and structrue is compacted. The microhardness was increased for workhardening and recrystallization in welding process. And Equivalent compressive strain was anaslysed in diffusion bonding, the result showed that stress increases with the temperature increasing. This is mainly due to lineal inflated coefficient increased with temperature increasing. Grain size was refined by ecrystallization, according to theory of ecrystallization anneal, the result shows that grain size was changed from 34µm 太原理工大学硕士研究生学位论文 IV to 13µm for 60 minutes in 200 degrees. Compared with original sample, refined sample can decrease bonding time, because effective diffusion coefficient annealed is larger than effective diffusion coefficient of original sample in the same situation .The most microhardness was tested in bonding surface by microhardness tester. With variety of distance, microhardness decreases and microhardness is constant.The grain is finer by recrystallization reorganization, and the micro-plastic deformation is produced in regional welding organizations. Shear strength increased with temperature increasing by shear experiment in universal tester, meanwhile, it was apprived that original grain size is smaller, the time is shorter to obtain the same shear strength in diffusion bonding. This experiment supplies reference for research of superplastic diffusion bonding. KEY WORDS: magnesium alloy, diffusion bonding, ecrystallization, grain refinement, effective diffusion coefficient 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 第一章 绪 论 随着科学和技术的迅速发展，金属材料的消耗量也快速增长，一些有色金属资源 日渐贫乏，如铜、锌、铅等。

由于20世纪中叶产生的能源危机使轻质结构材料获得了持 续性的发展作为“21世纪的绿色工程材料” 的镁，因为其具有质量轻，较高的比强度、 比刚度，良好的热导性，尺寸稳定性，优良的阻尼减震性能和抗电磁干扰能力，铸件和 加工零件尺寸精度高，材料回收利用率高等优点，而成为一种有利于环保的绿色金属材 料[1]，同时由于世界上镁合金资源的储量非常丰富，如今已经成为一种迅速崛起的工程 材料，所以人们开始把目光转向镁，这必将加速对镁合金材料的开发与应用 扩散连接（Diffusion Bonding）是一种先进的连接方法，适合于同种、异种金属材 料、耐热合金以及新材料，例如复合材料、陶瓷、金属间化合物等材料的连接[2]伴随 着新材料的快速发展，近年来采用扩散连接的方法进行连接引起了人们的兴趣与关注， 并在航空、航天、电子和原子能等高尖端技术领域获得了较为广泛的应用 1.1 镁及镁合金的概述 1.1.1 镁及其发展 镁位于元素周期表中ⅡA族，相对原子质量为24.305，熔点648.8℃，沸点1107℃， 是所有的金属材料中，密度最低的，仅为1.738g/cm3，具有密排六方结构（如图1-1）[3] 在室温下镁的变形只能沿着（0001）晶面进行滑移，单一的滑移系使得它的压力加工变 形较为困难， 塑性变形能力较差。

与其它常用的金属材料相比， 如铝 （f.c.c结构） 、 铁 （b.c.c 结构） ，镁的滑移系少是造成其塑性变形能力差的主要原因但是镁在较高温度下，晶 体中的{1011}面和方向可以出现滑移，从而使镁在高温下的塑性变形能力增加 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 世界上镁资源的储量是十分丰富的 镁的化合物在很多地方都存在， 例如地壳(w(Mg) ＝2.5％)、海水(w(Mg)＝0.14％)、盐泉和湖水等地世界上镁的矿藏实际上也是很多的， 在目前已知的60多种含镁矿物中，具有潜在工业价值的镁矿包括方镁石(MgO)、水镁石 (Mg(OH)2或MgO2·H20)等等 同时镁在海水、盐湖卤水中的含量也很高，大约1m3海 水中就含有约4kg的镁，在海水中溶解的镁总量达到6×1016吨我国镁资源的储量仅次 于澳大利亚，位居世界第二位，其中菱镁矿储量约占世界的60％以上 金属镁从发现到现今已经历了211年的历史(即1808--2009年)，其中工业生产的年代 已有123年(1886--2009年)的历史在这123年中，镁的发展大致可以分为三个阶段： (1)化学法阶段1808年英国科学家H. 戴维[3]首次从氯化镁中分离出金属镁。

1929 年法国科学家布西运用钾蒸气还原氯化镁得到金属镁直到19世纪60年代，英国和美国 才始运用化学法生产镁这一阶段经历了78年(1808--1886年)，但始终没有形成工业化 生产的规模 (2)熔盐电解法阶段1830年英国科学家M．法拉第首次采用电解熔融态氯化镁的 方法制得了金属纯镁1852年P．本在实验室对电解熔融态氯化镁的方法进行了较为详 细的研究，直到1886年德国才开始进行镁的工业生产20世纪70年代以来盐水。