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搅拌摩擦焊研究[D].西安:西作者简介:宋友宝,1988年出生,项士,工程师。主要从事高
安建筑科技大学学士学位论文,2013
强铝合金焊接工艺及焊接材料开发工作,已发表论
27]邱涛,伍碧霞,陈群燕,等.不锈钢复合钢板焊接接头性
文5篇、中请专利3项。
钛合金搅拌摩擦焊与攪拌摩擦加工研究迸展
上海市特种设备监督检验技术研究院(200333)李博
南京航空航天大学(210016)沈以赴
摘要针对近年来钛合金搅拌摩擦焊与搅拌摩擦加工的国内外研究进展展开综述,对适用于钛合金搅拌摩擦
焊的搅拌头研发、钛合金及其与异种金属的搅拌摩擦焊关键技术及基础问题研究、钛合金搅拌摩擦焊或搅拌摩擦
加工工艺过程对双相钛合金微观组织演变的影响、基于搅拌摩擦加工方法对钛合金进行组织改性或表面改性及其
性能响应等方面的重要研究成果进行列举和分析,进一步提出了钛合金搅拌摩擦焊与揽拌摩擦加工研究的发展方
向,以期为搅拌摩捩婩及其衎生出的新技术原型在
钛合金加工领域的研究和应用发展起到指导作用。
关键词:钛合金搅拌摩擦焊搅摔摩擦加工研究进展
中图分类号:TG453
processing,rSP)概念及方法。近年来,FSP在金属材料
0序言
固态加工研究领域的发展极为迅速,已成功将FSW技
搅拌摩擦焊( Friction stir welding,FSW)技术是近术从材料的焊接领域延伸拓展至颗粒增强金属基复合
20年来在焊接领域K速发展的先进固态连接技术,经材料制造、铸态合金组织强韧化改性、新型金属间化合
过国内外基础研究积累,FSW技术的工艺内涵、适用材物的制备、金属材料表面改性等加工领域3。目前,
料和工程应用范围都得到了不断的丰富和发展。特搅拌摩擦焊/加工( Friction stir welding and processing
别是美国密苏里大学 Mishra等人2基于FSW的工艺FSwW/P)技术所适用的材料范围已从铝、镁等较低熔点
原理,在2003年首次提出了搅拌摩擦加工( Friction stir的合金体系,向着铜、钢、钛、镍等高熔点金属进行积极
拓展?。基于此,这种低成本、高效率、绿色节能的固
态FSW技术及術生出的FSP概念,有望为
钛及钛合金收稿日期:2016-07-26
材料的加工提供新方法和新思路。
甚金项目:中国博士后科学基金资助项目(2015M580342:2016190377)
国家自然科学基金(51505293);上海市青年科技启明星计划
文中拟就钛合金FSW、FSP的国内外研究进展展
资助项目(16QB1403200)。
开综述,对钛合金及其与异种金属的FSW研究、适用
222016年第10期
万方数据
mae、ua专题综述蜉蕊
于钛合金SW的搅拌头研发、钛合金FSW或FSP工艺织?。 Mironov等人的晶体学相位研究结果发
过程对双相钛合金微观组织演变的影响、基于FSP方现,在FSW后的冷却过程中,B相转变符合一定的晶体
法对钛合金进行组织改性或表面改性及性能等方面的研学位相关系;对轧制退火和β转变退火两种状态的TC4
究成果进行列举和分析,并进一步提出钛合金FSW/FSP钛合金FSW的研究发现,尽管母材原始状态不同,但
研究发展方向,以期为FSW/FSP技术在钛合金加工领焊核区微观组织都表现为细小等轴相和纠层片状a
域的研究发展和应用起到指导作用。
+B相的“双态组织形貌”。近年来相关的最新研究成
钛合金的搅拌摩擦焊
果主要出自于美国俄亥俄州立大学 Pilchak课题
组6?,他们分别对轧制退火态和铸态T-6Al4V
合适的搅拌头材料是实现钛合金FSW良好工艺(TC4)钛合金SW的焊缝组织相结构演变规律进行系
成形性的前提,有研究表明们钛合金在FSW过程中搅统研究,通过对焊核区进行动态加工温度检测与显微
拌区的峰值温度高达100℃以上,因此,对搅拌头高组织观察发现整条焊缝都经历了B转变过程,并获得
温耐磨性、热强性和韧性等方面都提出了更高的要求。细晶B相;但特别指出,细晶B相并非源自动态再结晶
根据国外已发表的文献报道,钛合金FSW所用搅拌头行为,而是主要来自由搅拌头高速剪切变形所导致的B
最好采用钨基合金材料制造,其他材料如纯钨、相晶粒滑移和扭转,并能获得更加稳定的晶界取向。
TC、钼基合金?、PCBN或WC地也有应用,但就 Pilchak认为"6,广泛适用于铝合金FSW细晶化的非
制造成本而言,WC陶瓷基硬质合金成本相对低廉,也连续动态再结晶(DDRX)机制并不同样适合双相钛合
可作为基础性试验研究的搅拌头材料。 Seighalani等金;而国内哈尔滨工业大学刘会杰等人”认为,在热
人叫研究表明:采用由碳化钨(WC)搅拌针、纯钨(W)力效应的作用下,TC4钛合金FSW在经历B转变的同
轴肩组成的搅拌头焊接纯钛时,可获得无缺陷的焊缝,时,其焊核区细晶组织的主导形成机制仍然是依靠反
且与W相比,WC具有较好的耐磨性能。此外,钛合金复动态再结晶行为,并使焊核区硬度降低。此外,刘会
在FSW过程中,由于境拌头与工件摩擦产热,焊接部杰课题组近来对TC4钛合金搅拌摩擦焊研究的突出贡
位极易与空气中的氧、氮发生反应,导致接头性能下献在于其发明的“置氢搅拌摩擦焊”方法,焊前对钛板
降,搅拌头也会因高温氧化而加剧磨损。因此,需要设“充氢”可降低搅拌过程的变形抗力列,焊后“除氢”使
计安装循环冷却装置和气体保护装置对搅拌头和工件得焊缝区细晶化程度及显微硬度大幅提高。在国内对
进行保护。
TC4钛合金FSW展开研究的还有西安建筑科技大学王
目前,国内外已有少量钛及钛合金FSW的文献报快社等人],认为根据TC4钛合金FSW工艺条件的不
道,所涉及的材料包括CP-T(工业纯钛)、近a钛合同,焊核区也可能不发生相变,而是可以通过搅拌发生
金(如Ti-511)a+B型钛合金(如T6Al-4V)、B钛大的塑性变形,塑性变形将在晶粒内部产生高密度的
合金(如T-15V3Cr-3Al-3Sn和Bet2lS)等7-,其中位错及其他晶格缺陷,且使亚稳相得到细化,随后时效
应
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