镁合金钎焊接头组织与力学性能研究

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本论文从镁合金AZ31B的钎料设计出发,研究了镁合金钎料的显微组织和组成相,阐述了钎料和母材AZ31B之间发生的钎焊反应机理,研究了镁合金钎焊接头的显微组织形貌和组成相,揭示了钎缝的显微组织和组成相形成的原因。并对钎焊接头的力学性能进行了测定。探讨了钎缝中金属间化合物β-Mg17(Al,Zn)12和共析体组织α-Mg+MgZn的体积分数对钎焊接头力学性能的影响规律。   从钎料的基本设计原则出发,设计了铝基和锌基两类钎料,用以上钎料对变形镁合金AZ31B在氩气保护条件下进行了高频感应钎焊。   铝基钎料的温度熔化区间为445~462℃,锌基钎料的温度熔化区间为336~453℃。两种铝基钎料Al-29.7Mg-13.7Zn和Al-36.lMg-11.2Zn的组成相都是均一的Mg32(Al,Zn)49相。三种锌基钎料中Zn-19.2Al钎料组成相是Zn固溶体和Al固溶体。Zn-16.3Al-8.8Mg钎料组成相是MgZn2相、Al固溶体和Zn固溶体,Zn-44.2Mg-2.9Al钎料组成相是Mg固溶体、MgZn相、MgZn2相。   钎焊过程中,液态钎料和母材镁合金AZ31B发生了强烈的合金化作用。   铝基钎料钎焊接头钎缝合金由铝基钎料成分转变为镁基合金成分,铝基钎料的Mg32(Al,Zn)49相被钎缝中生成的α-Mg和β-Mg17(Al,Zn)12相取代。在钎缝中,粗大的β-Mg17(Al,Zn)12相呈现连续和不连续状分布在α-Mg基体周围。锌基钎料钎焊接头钎缝合金由锌基钎料成分转变为镁基合金成分,锌基钎料中的Zn-19.2Al、Zn-16.3Al-8.8Mg钎料,在钎焊接头钎缝中原有的锌基钎料显微组织形貌和相组成消失,Zn-19.2Al钎料中的Zn固溶体和Al固溶体被钎缝中生成的α-Mg和MgZn相取代。Zn-16.3Al-8.8Mg钎料中的MgZn2相、Al固溶体和Zn固溶体被钎缝中生成的α-Mg和MgZn相取代。Zn-44.2Mg-2.9Al钎料中的Mg固溶体、MgZn相、MgZn2相在钎焊后只有MgZn2相消失,在钎缝中只剩下Mg固溶体和MgZn相,显微组织形貌发生了较大变化。在钎缝中,粗大的α-Mg+MgZn共析体组织呈现连续和不连续状分布在α-Mg基体周围。   所有钎焊对接和搭接接头的拉伸断口均表现为较明显的沿晶脆性断裂特性。铝基钎料钎焊接头断裂主要产生在沿α-Mg晶界网状分布的粗大β-Mg17(Al,Zn)12硬脆相处。锌基钎料钎焊接头断裂主要产生在沿α-Mg晶界网状分布的粗大α-Mg+MgZn共析体组织处。   减少金属间化合物β-Mg17(Al,Zn)12的体积分数可以提高钎焊接头力学性能,性能优良的Al-36.1Mg-11.2Zn钎料钎焊对接接头平均抗拉强度为71MPa,搭接接头平均抗剪强度为44MPa。减少共析体组织α-Mg+MgZn的体积分数可以提高钎焊接头力学性能,性能优良的Zn-47.0Mg-3.0Al钎料钎焊对接接头平均抗拉强度为77MPa,搭接接头平均抗剪强度为56MPa。
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