【摘 要】
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永磁轨道交通系统中的转向架和轿厢的壳体都是由铝合金加工而成,为进一步减轻永磁悬浮列车的重量,降低能耗,采用轻量化的镁合金材料部分替代铝合金是实现轨道交通行业节能减排的可靠途径。搅拌摩擦焊接（Friction stir welding,FSW）技术作为一种固相连接技术,焊接温度较低,是获得Mg/Al异种合金高质量接头的良好途径。本文采用低热输入量FSW对接技术对板厚为3 mm的AZ31镁合金板材和A
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永磁轨道交通系统中的转向架和轿厢的壳体都是由铝合金加工而成,为进一步减轻永磁悬浮列车的重量,降低能耗,采用轻量化的镁合金材料部分替代铝合金是实现轨道交通行业节能减排的可靠途径。搅拌摩擦焊接（Friction stir welding,FSW）技术作为一种固相连接技术,焊接温度较低,是获得Mg/Al异种合金高质量接头的良好途径。本文采用低热输入量FSW对接技术对板厚为3 mm的AZ31镁合金板材和AA2024-T3铝合金板材进行焊接,研究改变搅拌头轴肩直径、焊接速度和旋转速度对接头成型以及接头质量的影响;分析Mg/Al异种合金FSW接头焊核区内金属间化合物（IMC）的种类和分布、IMC形成机理及接头断裂行为,揭示搅拌头偏置量大小对Mg/Al异种合金FSW接头成型、接头内IMC分布及接头力学性能的影响,并对添加Ni层的Mg/Al异种合金FSW接头IMC分布及接头性能进行研究。具体如下:低热输入量Mg/Al异种合金FSW采用直径10 mm的搅拌头可获得性能最佳的接头,搅拌针顶部直径为2.8 mm,锥角为14°,针长为2.8 mm;获得接头最优力学性能的焊接参数为转速500 rpm,焊速为500 mm/min,最大抗拉强度为68 MPa,最大屈服强度为62 MPa。对接头组织进行观察发现接头中存在厚度约为1.4μm的IMC,主要成份为Mg17Al12。通过数值模拟的方法计算得焊接过程中温度峰值为430℃,保持在得,接头中存在的脆性IMC使接头断裂为脆性断裂。采用对镁、铝两侧分别偏置的方法研究偏置对低热输入下FSW的影响,发现往铝侧偏置0.5 mm时接头力学性能提升最大,抗拉强度达到82.8 MPa,提升21.9%,屈服强度为73.1 MP,提高16.8%。偏置改变了焊接过程的热量分布,减少了接头中IMC的生成,往铝侧偏置0.5 mm的接头中IMC层厚约为1.1μm,主要成分为Mg17Al12,接头断裂在焊核区连接面上,断裂形式为脆性断裂。通过添加Ni为中间层的方法研究Ni在Mg/Al异种合金FSW接头中的作用,接头中Ni不连续的分布在Al-Mg连接面上,在未分布Ni层的位置存在IMC Mg17Al12,分布有Ni层的位置未存在Mg-Al IMC,存在微量的Ni-Al IMC。添加Ni为中间层的接头硬度波动幅度减小,最高硬度为138 HV。
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