毕业设计论文镁合金搅拌摩擦焊缝组织与性能研究.doc

镁合金搅拌摩擦焊缝组织与性能研究摘要：通过对镁合金以及其焊接方法的研究，综述了镁合金的性能、成分、运用和特点，以及镁合金的焊接性能介绍了搅拌摩擦焊，对比了镁合金的搅拌摩擦焊和镁合金的其他焊接方法，说明搅拌摩擦焊的优缺点分析了镁合金焊接特点、影响焊接性能的主要因素、优缺点，通过金相观察、电镜扫描和一些硬度试验等分析了这几组试样的组成成分，以及对比各组式样焊缝的好坏，总结出焊缝成型好坏的原因，并分析影响镁合金搅拌摩擦焊焊接性能的参数，总结了镁合金搅拌摩擦焊的质量、技术特点和研究方法以及展望未来的发展情况关键词：镁合金；搅拌摩擦焊；微观组织毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Friction Stir Welding Seam Magnesium Microstructure And Properties Research Abstract:Through its welding method of magnesium alloy and the research , For magnesium alloys are reviewed in this performance, composition, use and characteristics, and magnesium alloy welding performance . Friction stir welding is introduced , Contrast the friction stir welding of magnesium alloys and other welding methods of magnesium alloys , Explain the advantages and disadvantages of the friction stir welding . Analysis the magnesium alloy welding characteristics, the main factors affect welding performance, advantages and disadvantages . Through the metallographic observation, observed by scanning electron microscope (SEM) and some hardness testing analyzes the sets of sample components . And contrast the stand or fall of each style weld . Summarizes the weld moulding stand or fall reasons . And analysis the Influence of friction stir welding properties magnesium alloy of parameters . Summarizes the quality of friction stir welding of magnesium alloy , technical characteristics , research methods and looking to the future development situation .Keywords: Magnesium alloys ; Friction stir welding; Microstructure II南京工程学院毕业设计说明书（论文）目 录前 言 1第一章 绪论 21.1 镁及其合金 21.1.1镁 21.1.2镁合金 21.1.3 镁合金的应用 31.2 镁合金焊接的现状 61.2.1钨极氩弧焊焊接镁合金 61.2.2熔化极气体保护焊焊接镁合金 71.2.3搅拌摩擦焊焊接镁合金 81.3 本课题的意义与主要内容 141.3.1本课题的意义 141.3.2本课题的主要内容及技术路线 15第二章 试验材料及试验方法 162.1试验所用设备 162.2试验所用材料以及规格 172.3焊前准备及焊接参数 182.4试验方法 182.4.1金相试验 182.4.2电镜扫描试验 202.4.3显微硬度实验 20第三章 搅拌摩擦焊焊接镁合金接头的微观组织分析 223.1金相试验分析 223.1.1搅拌摩擦焊焊缝表面形态 223.1.2搅拌摩擦焊接头金相组织 233.2电镜扫描实验分析 283.2.1 对实验参数为400r/min 100mm/min 的试样进行扫描电镜实验 283.2.2 对实验参数为 400r/min 120mm/min 的试样进行扫描电镜实验 303.2.3 对实验参数为400r/min 80mm/min 的试样进行扫描电镜实验 313.3显微硬度实验 32第四章 搅拌摩擦焊接头缺陷分析 34第五章 结论 35参考文献 36致 谢 3833南京工程学院毕业设计说明书（论文）前 言镁是所有结构用金属及合金材料中密度最低的, 与其他金属结构材料相比, 镁及镁合金具有比强度、比刚度高, 阻尼减震性能优良, 抗电磁干扰能力强, 易于切削加工和铸造, 价格低廉, 可以回收再利用等一系列优点, 在汽车、电子、电器、交通、航空和国防军事工业领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景, 是继钢铁和铝合金之后的第三类结构金属材料, 被称之为“21世纪的绿色工程材料”[1]。

我国镁资源约占全球总量的70%，原镁产量居世界首位[2]镁合金应用与开发，被列为国家计委和科技部联合下发的“十五”国家科技发展规划中材料领域的重点任务，焊接是形成结构件的重要连接方法之一，镁合金作为一种新型高性能结构材料，实际应用中必然会采用焊接结构然而，镁合金的焊接生产还不成熟, 这是因为镁合金熔点低, 热导率和线膨系数大,焊接过程中会出现裂纹、气孔、塌陷、烧穿以及焊后变形大等缺陷, 使得采用传统的熔焊方法难以获得理想的焊缝, 这在一定程度上限制了镁合金的应用熔焊温度高，容易导致大的焊接变形和残余应力抑制镁合金焊接过程中热影响区晶粒长大、降低镁合金焊接时接头中的热应力及热裂纹倾向、减少镁合金焊接时的氧化与蒸发是当前的重要问题搅拌摩擦焊接具有诸如焊接温度低，焊后应力和变形小，无裂纹、气孔、夹渣等熔焊常见焊接缺陷，使得以往通过传统熔焊方法无法实现焊接的材料通过搅拌摩擦焊接技术得以实现连接，被誉为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术”，而受到广泛的重视[3]搅拌摩擦焊接过程不需要填充材料和保护气体，能耗低，无污染，是一种理想的绿色连接技术搅拌摩擦焊接技术一出现，就受到航空界的青睐，瑞典ESAB公司按许可证制造了专用搅拌摩擦焊接设备。

波音公司己将搅拌摩擦焊接技术应用于Delta运载火箭推进剂贮箱的制造[4-6]国内由于搅拌摩擦焊接的研究尚处于起始探索阶段，因而尽快摸清搅拌摩擦焊接机理，对新工业的推广应用具有重要的理论意义采用搅拌摩擦焊接镁合金，不但能解决镁合金的焊接性问题，扩充搅拌摩擦焊接工艺对被焊材料的适应性，而且通过镁合金的搅拌摩擦焊接，加快对过程机理的认识，促进镁合金和搅拌摩擦焊接的工业应用，使镁合金的连接符合绿色制造的概念第一章 绪论1.1 镁及其合金进人21世纪，资源和环境已成为人类可持续发展的首要问题随着金属材料消耗量的急剧上升和科学技术的飞速发展、大规模生产工艺的出现和广泛使用，使地球表壳的资源日趋贫化新型轻型合金材料的研发日益受到各国的高度重视，镁及其合金凭借其优良的性能受到了国内外专家的关注[7] 1.1.1镁 镁是常用金属中最轻的一种，是地壳中最丰富的元素之一见图1-1、图1-2）约占地壳组成的2.5%，主要以白云石(碳酸钙镁)和菱镁矿存在;另外，在盐湖及海水中的含量更是取之不尽镁的熔点为650 ℃，与铝相近;镁的化学性能活泼，在空气中易自燃;镁为密排六方结构，滑移系少，有脆化倾向，用作结构材料必须合金化。

图1-1 镁粒 图1-2 镁锭1.1.2镁合金镁合金比强度、比刚度高，消振性好，具有优良的切削加工性能和抛光性能（见图1-3、1-4），由于镁合金的特殊性质及其应用优势，越来越多国家的政府、企业和研究机构对镁合金及其成形技术高度重视，并且投人了大量人力、财力进行开发研究，取得了显著的效果与其它合金相比，镁及其合金有很多突出的工艺及性能特点，使其可广泛应用于汽车、通信、电子、电器、航空、航天、国防及军事装备、交通、冶金、化学、化工等行业图1-3镁合金挤压的型材与管材 图1- 4镁合金轧制的AZ31薄片1、镁合金的特点及其焊接性:由于镁合金具有密度和熔点低, 热导率、电导率及热膨胀系数大, 化学活性强, 易氧化且氧化物的熔点高等特点, 使镁合金的焊接具有以下特点[8]：(1) 镁合金的沸点低( 1100℃ ) , 在熔焊高温条件下, 容易产生蒸发, 产生爆炸形成飞溅；(2) 镁合金熔点低, 热导率高, 焊接时应采用大功率的焊接热源, 因而焊缝及近缝区易产生过热、晶粒长大、结晶偏析等现象, 影响接头性能；(3) 镁的化学性质活泼, 易与空气中的氧、氮反应生成MgO、Mg3N2 , 易在焊缝中形成细小片状固态夹渣, 不仅严重阻碍焊缝成形, 也使接头的力学性能显著下降, 因此焊接时需用惰性气体或焊剂保护；(4) 镁合金的线膨胀系数较大, 在焊接过程中易于变形, 产生较大的热应力, 易于产生热裂纹；(5) 在焊接加热条件下, 高温中能大量地溶解氢, 随温度下降, 其溶解度急剧减少, 析出大量氢气容易形成气孔；(6) 在焊接薄件时, 由于镁合金熔点较低,而氧化镁的熔点很高, 两者不易熔合, 焊接操作时难以观察焊缝的熔化过程。

温度升高, 熔池的颜色也没有显著变化, 极易产生烧穿和塌陷现象1.1.3 镁合金的应用1、镁合金在车辆工业上的应用为减轻汽车重量以降低油耗，以及“环保型汽车”对材料可回收性的要求，镁合金在汽车工业中的应用日益广泛[9]镁合金用作汽车零部件（见图1-5）与其它金属部件相比通常具有如下优点:(1)提高燃油经济性能综合标准，降低废气排放和燃油成本，据测算，汽车所用燃料的60%消耗于汽车自重，汽车每减重10%，消耗将减少8%到10%;(2)质量减轻可以增加车辆的装载能力和有效载荷，同时还可改善刹车和加速性能;(3)可以极大改善车辆的噪声、振动现象目前汽车工业中镁合金用量较多的地区和国家主要是北美、欧洲、日本和韩国在未来的7---8年中，欧洲汽车用镁将占镁总消耗量的14%，预计今后鼗以15%的速度递增，2005年将达到20万吨我国汽车厂使用镁合金件还刚刚开始，目前一汽、东风和上海大众等厂家已在使用，上海桑塔纳轿车的变速箱壳体、壳盖和离合器外壳等使用镁合金量比较高安装安全气囊的汽车都在开始改用镁合金的方向盘，这既可减速重，又可降低震动，在发生意外撞击时，镁合金能吸收更多的能量，有利保证驾驶员的安全。

图1-5 镁合金用作汽车零部件2、镁合金在自行车上的应用利用镁合金的重量轻、比强度高和耐冲击的优点镁合金己经开始在电动车上得到应用（见图1-6）使得电动车更轻便、更快速、更舒适，并具有优良的避震性能用镁合金制造的电动车车架重量仅22kg。