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搅拌摩擦焊接机器人 搅拌摩擦焊接机理( 二 )

睿知经验知识


严重塑性变形过程中的微观结构包括两个连续的过程：（i）低角度边界（LABs）三维阵列的形成和（ii）LABs逐渐转变为高角度边界（HABs）（≥15°） 。
图5
具有低取向（~1°）的LAB在纯铝及其合金中不断形成，通过重排累积的晶格位错（图6a).在高应变值下，移动位错在亚晶粒中迁移，并被子边界捕获，从而增加其错误定向 。
子晶粒的广泛旋转导致LAB在亚晶粒内应变的定向错误增加 。这些过程导致HAB的各个片段的形成，这可以被认为是动态重结晶发生的证据（图 6b) 。
图6
再结晶晶粒通过其边界的不断变换，持续取代了小应变下演化的子晶粒，并相应地发生了晶粒尺寸细化 。
●○机械特性○●
不同焊接试样的抗剪强度曲线见图7 。与使用 FSSW*** 焊接的样品相比，使用 FSSVW*** 焊接的样品具有更高的强度，此外，最大剪切载荷随着切入深度的增加而增加 。
随着晶粒尺寸的减小，晶界的体积分数增加，位错的运动减小 。根据霍尔-佩奇方程（σ = σ0+ 千分之三?1/2)，强度（σ）随着晶粒尺寸（d）的减小而增加 。
此外，随着切入深度的增加，更多的材料体积分数进入搅拌区，并且在焊接区域进行更多的上下工件混合，这导致焊缝强度更高 。
图7
剪切试验后，FSS 和 FSSV 焊接试样的断裂表面见于图8 。所有试样的断裂表面均显示凹陷 。凹坑的存在是延性断裂表面的特征。众所周知，在延展性材料的应变过程中，微观结构内会形成空隙，并且随着应变的进行，空隙会聚结并增长 。
FSSV 焊接试样的凹陷小于 FSS 焊接试样中观察到的凹坑，在高切入深度下焊接的试样的凹陷小于在低切入深度下焊接的试样中的凹陷 。
图8
通常，延展性较差的金属在较大尺寸下表现出凹陷，并且在应变值较低时发生断裂 。相应地，与FSS焊接试样相比，FSSV焊接试样的延展性更高 。此外，与切入深度较低的试样相比，具有较高切入深度的试样预计具有更大的延展性 。
很明显FSSV 焊接试样在最大载荷下的位移高于 FSS 焊接试样的位移，并且该变量随着切入深度的增加而增加 。
图9显示了FSS和FSSV焊接试样不同焊接区域的硬度值 。虽然SZ中的平均晶粒尺寸小于BM，但SZ的显微硬度值低于BM 。这可以用两种相互竞争的现象的存在来解释 。
首先，DRX引起的平均晶粒尺寸减小是由于严重的塑性变形，这有助于显微硬度的增加 。其次，富铁相和在剧烈塑性变形和高温下强烈混合产生的沉淀物的溶解有助于材料的软化 。
这两种相互竞争的机制对不同区域和整个焊缝的最终机械性能有很大的影响 。基于图9，FSSV焊接试样的SZ和TMAZ区域的硬度值高于FSS焊接试样的硬度值 。此外图9表明硬度值随着切入深度的增加而增加 。
图9
这些可能与施加振动和切入深度增加时晶粒尺寸细化的影响有关 。振动的存在和切入深度的增加都会导致更多的晶粒细化 。随着晶粒尺寸的减小，位错运动的障碍增强，强度和硬度增加 。晶粒尺寸细化被称为强化机制 。
●○振动频率的影响○●
图10显示了各种FSSV焊接试样的剪切强度曲线和SZ 硬度值 。对于所有这些试样，焊接条件相同，但振动频率不同 。
最大剪切强度随着振动频率的增加而增加，值得一提的是，DRX是FSSW期间晶粒细化的主要机制 。随着振动频率的增加，搅拌区内的材料承受更多的应变 。
图10
众所周知，位错密度随着应变的增加而增加 。更高的位错密度导致更多的DRX，相应地，晶粒更细，就能获得更高的强度和硬度 。

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