论文部分内容阅读
镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、减振性好、机加工性能优良以及可回收性好等诸多优点，广泛应用于航空航天、车辆以及3C电子等领域。变形镁合金较铸造镁合金具有更优异的力学性能，可以更好地满足结构件应用要求。ZK60是商用变形镁合金中综合性能最好的合金之一。然而，ZK60镁合金的Zn含量较高，热裂倾向严重，被认为是“不可焊材料”，严重限制了该合金的推广应用。镁合金的焊接方法较多，但ZK60合金自身特点限制了其焊接方法的选择范围。激光焊接法的热输入量小、焊接速度快，适合ZK60合金的焊接。在ZK60合金中添加稀土元素可以改善合金的力学性能，作者所在课题组采用高应变速率轧制工艺制备出了高强高塑性的ZK60-Y细晶板材。本论文以此类板材为研究对象，研究其激光焊接成形性能。 论文首先研究了不同Y含量（0、0.5wt.％、1.0wt.％和1.5wt.％）对细晶ZK60镁合金激光焊接接头组织及性能的影响。研究结果表明:当Y含量在1.0wt.％以上时，即可有效避免ZK60焊缝常见的气孔问题。Y元素的加入改变了熔池内第二相的分布，促进了熔池区内的形核，细化了熔池区组织，增加热影响区组织稳定性。随着Y含量的增加，接头半熔化区的宽度逐渐减小，热影响区晶粒长大程度逐渐降低。当Y含量超过1.0wt.％时，接头热影响区较大晶粒的平均晶粒尺寸在4.5μm以下，靠近半熔化区一侧的平均晶粒尺寸在3μm以下。当Y含量为1.5wt.％时，试样半熔化区宽度为85μm，是不含Y元素的ZK60激光焊接接头半熔化区宽度的46％，同时，该试样热影响区的晶粒较母材无明显长大，平均晶粒尺寸仅为2.2μm。力学性能方面，Y元素的加入对ZK60激光焊接接头抗拉强度的影响不大，但Y含量影响第二相的特征，ZK60-Y激光焊接接头的塑性会随着准晶I-Mg3YZn6相体积分数的增大而增加，但脆性W-Mg3Y2Zn3相的产生会降低接头的塑性。当Y含量为1.0wt.％时，ZK60-1.0Y板材的成形性能最好，焊接接头的伸长率达到11.1％，较ZK60的接头提高了21％。 论文对Y含量细晶ZK60-1.0Y镁合金的激光焊接性能进行了系统研究。论文在研究不同的焊接热输入（13.1J/mm、14.4J/mm、16.8J/mm以及21.0J/mm）对其进行激光焊接接头组织的影响时发现，随着焊接热输入的增加，焊接熔池宽度增加，深宽比减小;熔池内细小的等轴树枝晶有一定程度的长大，熔池边界处的柱状晶区宽度从0增加至18μm左右;半熔化区及热影响区的宽度及平均晶粒尺寸都随着热输入的增大而增加。当焊接热输入高于16.8J/mm时，焊接接头的强度和塑性明显增加，伸长率可达10％以上。 细晶ZK60-1.0Y镁合金激光焊接接头熔池区由异质形核的等轴树枝晶和外延生长的柱状晶区构成;焊接热影响区的晶粒长大不明显，该区域可分为再结晶区和再结晶晶粒长大区;半熔化区存在三种液化机制:a.由晶界及晶内弥散分布的细小MgZn相造成的组分液化，会在晶界边缘靠焊接熔池一侧形成液化薄膜，同时半熔化区晶粒内出现伪晶界。b.与熔池区距离较近的半熔化区内α-Mg基体受热液化，凝固后会在半熔化区晶内析出细小弥散的第二相颗粒。c.母材中残留的大尺寸第二相在焊接热作用下会直接液化，根据受热程度的不同形成不同尺寸的微熔池或完全重熔的凝固组织。