摩托车车架用镁合金钨极氩弧焊焊缝微观组织与力学性能研究

论文摘要

镁合金具有密度小、比刚度和比强度高、导电导热性好、阻尼减震性好等优点,是汽车和摩托车等交通工具实现减重节能的理想材料。用镁合金制造摩托车车架对提升车辆驾乘舒适度和燃油经济性来说具有显著的技术经济优势。作为镁合金型材与铸件的焊接框架结构,焊接接头的质量与控制是镁合金在车架上应用的关键。作为镁合金车架生产技术研究的一部分,本文以热挤压镁合金AZ71、AZ71E,压铸镁合金AZ81为研究对象,采用钨极惰性气体保护焊（TIG焊）方法,对三种镁合金的焊缝组织性能及焊接电流（主要工艺参数）的影响进行了研究,以期为车架焊接生产提供指导。研究表明:镁合金TIG焊接接头主要由焊缝区（WZ）,热影响区（HAZ）和母材（BM）组成。热影响区是典型的过热组织,晶粒较粗大。焊缝区组织表现为典型的急冷铸造组织。随着电流的增加,镁合金AZ71的焊缝熔宽逐渐增加。电流为90A时,焊缝成形最佳;电流增加,导致热影响区宽度增加,热影响区和焊缝区组织粗化,焊缝区β-Mg17Al12逐渐增多,网状分布于晶界。焊接接头拉伸断裂均发生在焊缝区,且抗拉强度和延伸率均不及母材AZ71（313.9MPa、10.5%）。随着电流从80A增加到110A,抗拉强度和延伸率先升高后降低,在90A时达到最大值281.2MPa、8.8%,此时可获得力学性能良好的焊接接头。当电流增加到110A时,抗拉强度和延伸率降到最低值180.2 MPa,0.9%。焊接接头断口呈准解理断口。镁合金AZ71E焊缝区中出现了新相Al11Ce3,扫描电镜下以白色针状物的形式分布在初生α-Mg基体上,该相大小不一且无定向。随着电流的增加,焊缝区晶粒逐渐粗化,黑色相β-Mg17Al12减少,到100A时,有胞状树枝晶出现。焊接接头拉伸断裂均发生在焊缝区,且抗拉强度和延伸率均不及母材AZ71E（281.3MPa、9.7%）。随着电流从80A增加到110A,抗拉强度和延伸率先升高后降低,80A时最低为112.6MPa,0.4%。但在电流100A时达到最大值,分别为241.9MPa,3.6%,此时得到力学性能良好的焊接接头。接头断口呈准解理断裂特征,断口组织中存在大量粗大的长杆状Al11Ce3相。在研究的电流变化范围内,焊缝的显微硬度均高于母材,且随着电流的增加,硬度逐渐降低。压铸镁合金AZ81和热挤压镁合金AZ71的焊缝中,压铸镁合金AZ81的气孔缺陷倾向较大,主要是铸件溶解氢气在焊缝凝固过程中脱溶析出所致。焊接接头拉伸断裂均发生在气孔较多的压铸镁合金AZ81侧热影响区,且抗拉强度和延伸率随着电流的增加而增加。当电流从80A增加到100A时,接头的抗拉强度从118.8MPa增加到139.3MPa,延伸率从1.1%增加到1.8%,在电流为100A时能获得力学性能良好的焊接接头。母材AZ81的抗拉强度和延伸率分别为121.0MPa和1.5%。焊缝区的显微硬度高于热影响区和母材。电流变化时AZ71侧热影响区硬度变化幅度不大,而AZ81侧热影响区变化幅度较大。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纯镁的基本性质
• 1.2.1 纯镁的物理化学特性
• 1.2.2 纯镁的力学性能
• 1.2.3 纯镁的塑性变形特征
• 1.3 镁合金的性质及应用
• 1.3.1 镁合金的性质
• 1.3.2 镁合金的种类
• 1.3.3 镁合金的应用
• 1.4 镁合金焊接技术现状
• 1.4.1 镁合金的焊接性
• 1.4.2 镁合金的焊接方法
• 1.5 课题研究的背景，目的及内容
• 1.5.1 研究背景
• 1.5.2 研究目的
• 1.5.3 研究内容
• 2 实验材料、方法及设备
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法及设备
• 2.2.1 焊前准备
• 2.2.2 焊接设备
• 2.2.3 接头形式
• 2.2.4 焊接夹具
• 2.3 焊接参数的确定
• 2.4 焊接接头微观组织和力学性能分析方法
• 2.4.1 金相试样的制备
• 2.4.2 光学显微镜
• 2.4.3 扫描电子显微镜和能谱分析仪
• 2.4.4 X 射线衍射分析仪
• 2.4.5 试样的力学性能检测
• 3 镁合金 AZ71 焊接接头的显微组织和力学性能
• 3.1 焊接电流对焊缝成形的影响
• 3.2 焊接电流对接头显微组织的影响
• 3.3 焊接电流对接头力学性能的影响
• 3.3.1 焊接电流对接头拉伸性能的影响
• 3.3.2 焊接电流对接头显微硬度的影响
• 3.4 本章小结
• 4 镁合金 AZ71E 焊接接头的显微组织和力学性能
• 4.1 焊接电流对焊缝成形的影响
• 4.2 稀土元素对焊缝组织的影响
• 4.3 焊接电流对接头显微组织的影响
• 4.4 焊接电流对接头力学性能的影响
• 4.4.1 焊接电流对接头拉伸性能的影响
• 4.4.2 焊接电流对接头显微硬度的影响
• 4.5 本章小结
• 5 异种镁合金 AZ71 与 AZ81 焊接接头的显微组织和力学性能
• 5.1 焊接电流对焊缝成形的影响
• 5.2 焊接接头组织分析
• 5.3 镁合金焊缝气孔
• 5.3.1 镁合金焊缝气孔特征
• 5.3.2 镁合金焊缝气孔来源及形成机理
• 5.4 焊接电流对接头力学性能的影响
• 5.4.1 焊接电流对接头拉伸性能的影响
• 5.4.2 焊接电流对接头显微硬度的影响
• 5.5 本章小结
• 6 镁合金钨极氩弧焊焊接性对比分析
• 6.1 焊缝成形对比
• 6.2 焊缝显微组织对比
• 6.3 焊缝力学性能对比
• 6.3.1 抗拉强度对比
• 6.3.2 显微硬度对比
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录