【正文】 而使用過的材料。 Friction stir welding。分析了鎂合金焊接特點、影響焊接性能的主要因素、優(yōu)缺點，通過金相觀察、電鏡掃描和一些硬度試驗等分析了這幾組試樣的組成成分，以及對比各組式樣焊縫的好壞，總結(jié)出焊縫成型好壞的原因，并分析影響鎂合金攪拌摩擦焊焊接性能的參數(shù)，總結(jié)了鎂合金攪拌摩擦焊的質(zhì)量、技術(shù)特點和研究方法以及展望未來的發(fā)展 情況。 I 鎂合金攪拌摩擦焊縫組織與性能研究 摘要： 通過對鎂合金以及其焊接方法的研究，綜述了鎂合金的性能、成分、運用和特點，以及鎂合金的焊接性能。介紹了攪拌摩擦焊，對比了鎂合金的攪拌摩擦焊和鎂合金的其他焊接方法，說明攪拌摩擦焊的優(yōu)缺點。 關(guān)鍵詞： 鎂合金；攪拌摩擦焊；微觀組織 II 畢業(yè)設計說明書（論文）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, position, 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 ponents . 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 。 Microstructure 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被 查閱和借閱。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 1 前 言 鎂是所有結(jié)構(gòu)用金屬及合金材料中密度最低的 , 與其他金屬結(jié)構(gòu)材料相比 , 鎂及鎂合金具有比強度、比剛度高 , 阻尼減震性能優(yōu)良 , 抗電磁干擾能力強 , 易于切削加工和鑄造 , 價格低廉 , 可以回收再利用等一系列優(yōu)點 , 在汽車、電子、電器、交通、航空和國防軍事工業(yè)領(lǐng)域具有重要的應用價值和廣闊的應用前景 , 是繼鋼鐵和鋁合金之后的第三類結(jié)構(gòu)金屬材料 , 被稱之為“ 21世紀的綠色工程材料” [1]。鎂合金應用與開發(fā)，被列為 國家計委和科技部聯(lián)合下發(fā)的“十五”國家科技發(fā)展規(guī)劃中材料領(lǐng)域的重點任務，焊接是形成結(jié)構(gòu)件的重要連接方法之一，鎂合金作為一種新型高性能結(jié)構(gòu)材料，實際應用中必然會采用焊接結(jié)構(gòu)。 熔焊溫度高，容易導致大的焊接變形和殘余應力。 攪拌摩擦焊接具有諸如焊接溫度低，焊后應力和變形小，無裂紋、氣孔、夾渣等熔焊常見焊接缺陷，使得以往通過傳統(tǒng)熔焊方法無法實現(xiàn)焊接的材料通過 攪拌摩擦焊接 技術(shù)得以實現(xiàn)連接，被譽為“繼激光焊后又一次革命性的焊接技術(shù)”，而受到廣泛的重視 [3]。 攪拌摩擦焊接 技術(shù)一出現(xiàn)，就受到航空界的青睞，瑞典 ESAB公司按許可證制造了專用 攪拌摩擦焊接 設備。 國內(nèi)由于攪拌摩擦焊接的研究尚處于起始探索階段，因而盡快摸清攪拌摩擦焊接機理，對新工業(yè)的推廣應用具有重要的理論意義。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 2 第一章 緒論 鎂及其合金 進人 21世紀，資源和環(huán)境已成為人類可持續(xù)發(fā)展的首要問題。新型輕型合金材料的研發(fā)日益受到各國的高度重視，鎂及其合金憑借其優(yōu)良的性能受到了國內(nèi)外專家的關(guān)注 [7]。（見圖 1圖 12）約占地殼組成的 %，主要以白云石 (碳酸鈣鎂 )和菱鎂礦存在 。鎂的熔點為 650 ℃，與鋁相近 。鎂為密排六方結(jié)構(gòu)，滑移系少，有脆化傾向，用作結(jié)構(gòu)材料必須合金化。與其它合金相比，鎂及其合金有很多突出的工藝及性能特點，使其可廣泛應用于汽車、通信、電子、電器、航空、航天、國防及軍事裝備、交通、冶金、化學、化工等行業(yè)。溫度升高 , 熔池的顏色也沒有顯著變化 , 極易產(chǎn)生燒穿和塌陷現(xiàn)象。鎂合金用作汽車零部件（見圖 15）與其它金屬部件相比通常具有如下優(yōu)點 : (1)提高燃油經(jīng)濟性能綜合標準，降低廢氣排放和燃油成本，據(jù)測算，汽南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 4 車所用燃料的 60%消耗于汽車自重，汽車每減重 10%，消耗將減少 8%到 10%。 (3)可以極大改善車輛的噪聲、振動現(xiàn)象。 在未來的 78年中，歐洲汽車用鎂將占鎂總消耗量的 14%，預計今后鼗以 15%的速度遞增， 20xx年將達到 20萬噸 。 安裝安全氣囊的汽車都在開始改用鎂合金的方向盤，這既可減速重，又可降低震動，在發(fā)生意外撞擊時，鎂合金能吸收更多的能量，有利保證 駕駛員的安全。鎂合金己經(jīng)開始在電動車上得到應用（見圖 16）。用鎂合金制造的電動車車架重量僅 22kg。而戰(zhàn)斗機的燃油費用節(jié)省又是商用飛機的近 10倍，更 重要的是其機動性能改善可以極大提高戰(zhàn)斗力和生存能力。 圖 17 采用 FSW制造的火箭燃料貯箱 鎂合金在武器上的應用 鎂合金最早應用于軍事工業(yè)領(lǐng)域是在 1916年，被用于制造 7 mm炮彈引線。由于體型驚人，彈重約２噸，使其戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)機動性受到很大影響：最高速度僅 赫，最大射程 200公里，射高 30公里。ＨＱ－９ A經(jīng)過一系列改進后定型為紅旗－ 9B，彈體采用了高強度的鎂合金，由此把彈體總重降到了 1200公斤，體積也大為縮小，最高速度提升到 6馬赫。可攔截飛行速度更快、距離更遠的彈道導彈、巡航導彈和隱形飛機，一躍成為世界先進的雙重用途先進防空導彈系統(tǒng)，成為獨立于美、俄、歐系防空導彈家族的另 一極。采用脈沖 TIG焊接 4mm厚 AZ31鎂合金，焊接過程不添加焊絲。疲勞極限為母材的 92%。鎂合金的焊接電流越大，所需的焊接速度也越大，焊后接頭的力學性能越好。焊接時應將電流控制在合適的范圍內(nèi)。斷裂主要發(fā)生在熱影響區(qū)，表明熱影響區(qū)的粗大晶粒導致了鎂合金焊接接頭的斷裂 [11]。通過調(diào)整焊接順序 , 采用大電流、快速焊和剛性固定等措施 , 可以獲得較好的焊接接頭 , 接頭強度可以達到母材的 80% 以上 [8]。熱裂紋均在焊縫金屬中產(chǎn)生，主裂紋為沿晶擴展方式，分叉裂紋為沿晶與穿晶擴展方式共存。 當熱輸入較大時 ， 熔池液態(tài)金屬的高溫停留時間過長 ， 冷卻速度慢 ， 焊接接頭的過熱問題較為嚴重 ， 從而造成焊縫金屬的組織晶粒長大 ， 熱影響區(qū)的寬度明顯變大 。 因此 ， 采用高速焊接 ， 在南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 7 保證焊透的情況下 ， 盡量選擇小的焊接熱輸入 ， 是改善鎂合金接頭質(zhì)量 、 抑制熱影響區(qū)劣化作用的關(guān)鍵 。 熔化極氣體保護焊焊接鎂合金 熔化極氣體保護焊 (MIG)焊接 鎂 合金時 ,氣孔是主要的焊接缺陷之一。焊接時氫的來源主要有兩方面 ； 一是電弧氣氛中的氫 ,在焊接高溫下 ,焊接材料或坡口表面吸附的水分 ,以及潮濕空氣中的水分都會侵入電弧空間 ,并分解為原子氫而溶入液態(tài)鋁中 ,成為焊縫中形成氣孔的主要原因 ； 二是焊絲表面氧化膜中的水分 , 鎂 合金的氧化膜中因含有致密性比較低的 MgO ,吸水性較大 ,焊絲的氧化膜所吸附的水分全部進入熔池中 ,氣孔對焊絲表面的氧化膜更敏感。另外 ,采用脈沖電源可以減少氣孔的產(chǎn)生。 鋁鎂合金為典型的共晶型合金 ,合金成分變化會改變共晶的數(shù)量 ,合金熱裂紋傾向也隨之變化。由圖 18可以看出 ,當含 Mg量較少時 ,易熔共晶不足以形成連續(xù)的液態(tài)空間 ,裂紋傾向較小 。 圖 18 AlMg合金裂紋傾向與含 Mg量的 關(guān)系 從熱裂紋的成因可以看出 ,增加焊絲中的含 Mg 量對裂紋能起到“愈合”作用。 MIG焊時由于熱量比較集中 ,加熱、冷卻速度快 ,裂紋敏感性大的成分將向更低的南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 8 方向移動。但是如果焊接電流與焊接速度太大 ,也會增加裂紋傾向。焊接速度加快 ,會提高焊縫在脆性溫度區(qū)間內(nèi)的應變率 ,同樣增加裂紋傾向 。 鋁鎂合金進行 MIG焊接時產(chǎn)生氣孔的傾向大 , 必需嚴格進行焊前清理 ,控制母材清潔度。保持焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定性。 攪拌摩擦焊焊接鎂合金 攪拌摩擦焊（ Friction stir welding， FSW）是英國焊接研究所（ The Welding Institute， TWI）發(fā)明的一種新型固相連接技術(shù) [15]。鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比強度高、鑄造和切削加工性能優(yōu)良、易于回收再利用等優(yōu)點，在交通工具制造領(lǐng)域有很大的應用潛力。因此，鎂合金在汽車制造業(yè)尤其具有吸引力。與傳統(tǒng)的熔焊和釬焊相比，攪拌摩擦焊的加工溫度低，不發(fā)生金屬熔化，是一種固態(tài)連接技術(shù)。焊縫是在塑性狀態(tài)下受擠壓完成的，屬于固相連接，避免了熔焊時熔池凝固過程中產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷。 3）、便于機械化、自動化操作，質(zhì)量比較穩(wěn)定，重復性高。厚焊接件邊緣不用加工坡口。對接時允許留一定間隙，不苛求裝配精度。這點對較薄鋁合金結(jié)構(gòu)的焊接極為有利，這是熔焊方法難以做到的。 攪拌摩擦焊接技術(shù)的缺點 1）、不同的結(jié)構(gòu)需要不同的工裝夾具，設備的靈活性差。 3）、目前焊接速度不高。 二、攪拌摩擦焊的現(xiàn)狀及發(fā)展 從材料角度看， TWI最初研究了攪拌摩擦焊在鋁合金中的應用 [1819]。 TWI在 1997年完成了使鋁合金的攪拌摩擦焊進入工業(yè)應用階段的初步研究工作。 TWI對 Ti6Al4V等的研究結(jié)果表明，采用攪拌摩擦焊技術(shù)焊接鈦合金可以得到高質(zhì)量的鈦合金焊縫，且焊接速度快、成本低、效益好、操作簡單。 研究結(jié)果表明，攪拌摩擦焊能夠用于焊接比較薄的鋅板 (一種被認為難以南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 10 進行熔化焊的材料 )，焊接 。低碳鋼攪拌摩擦焊的研究結(jié)果表明，對于黑色金屬也是能夠采用攪拌摩擦焊的。用攪拌摩擦焊焊接比較薄的鋼板時不需要用焊接材料，不需要進行板材邊緣預整加工，這對工業(yè)化生產(chǎn)時降低成本和提高生產(chǎn)效率具有重大意義。南昌航空工業(yè) 學院己用現(xiàn)有設備焊接了鋁合金對接接頭、丁字接頭，取得了較好效果。 此外，隨著攪拌摩擦焊應用的日益廣泛，曲面零件的攪拌摩擦焊也是重要的研究課題之一。目前，用攪拌摩擦焊方法焊接鋁合金取得了很好的效果，現(xiàn)在英、美等國正進行鋅、銅、欽、低碳鋼、復合材料等的攪拌摩擦焊接。 為了充分發(fā)揮攪拌摩擦焊的優(yōu)點 ，提高焊接速度，提高焊接質(zhì)量，有必要進行高速攪拌摩擦焊的研究 三、攪拌摩擦焊焊接參數(shù)對接頭成形的影響 攪拌摩擦焊參數(shù)主要包括：焊接速度、旋轉(zhuǎn)速度、攪拌頭傾角、軸肩壓力 [2