铝合金搅拌摩擦焊后人工时效力学性能数值模拟.PDFVIP

２０１７年 第３７卷 航　空　材　料　学　报 　２０１７，Ｖｏｌ３７ 　 第４期 第１９－２４页 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＬＭＡＴＥＲＩＡＬＳ Ｎｏ４　ｐｐ．１９－２４ 铝合金搅拌摩擦焊后人工时效力学性能数值模拟 １ １ １，２ 万震宇 ，　周　霞 ，　张　昭 （１．大连理工大学 运载工程与力学学部 工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连１１６０２４；２．大连理工大学 国际计算力学研究中心，辽宁 大连１１６０２４） 摘要：采用ＫＷＮ模型构建搅拌摩擦焊接中ＡｌＭｇＳｉ系铝合金沉淀相演化计算模型，通过将屈服强度分为晶粒大 小、固溶相和析出相三部分贡献，可以计算平板搅拌摩擦焊后的屈服强度和硬度。进一步研究不同焊后人工时效 条件下，焊接平板力学性能变化的机理。结果表明：更长的焊后保温时间有利于搅拌区力学性能的回复；较高的保 温温度有利于搅拌区力学性能的快速回复，但是当温度高于２００℃时，长时间保温会使母材软化，不利于力学性能 回复；通过焊后人工时效不能明显改善热影响区的力学性能。 关键词：搅拌摩擦焊接；析出相；焊后热处理；人工时效 ｄｏｉ：１０１１８６８／ｊｉｓｓｎ１００５５０５３２０１６０００００３ 中图分类号：ＴＧ４０２　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１００５５０５３（２０１７）０４００１９０６ ［９］ 　　作为一种固态连接技术，相比较于传统熔焊中 析所获得的实验结果。Ｚｈａｎｇ等 计算了６０６１铝 接头状态的改变而导致的扭曲变形以及较大的残余 合金搅拌摩擦焊接平板的Ｚ参数变化，通过Ｚ参数 应力，搅拌摩擦焊接具有接头力学性能好、污染低等 和晶粒尺寸的关系式计算了搅拌区晶粒尺寸，并研 ［１２］ 优点 ，迅速在航空航天、船舶、高速列车、汽车等 究了搅拌头尺寸和转速对Ｚ参数和搅拌区晶粒尺 ［３４］ ［１０］ 领域取得工业应用 。在搅拌摩擦焊接中，焊接接 寸的影响。Ｇｅｒｌｉｃｈ等 则利用Ｚ参数反推计算了 头被划分为几个不同的焊接区域：焊核区、热影响 ７０７５铝合金搅拌摩擦点焊过程中的应变率。Ｚ参 区、热机影响区和母材区［５６］，不同焊接区域具有不 数的使用和度量对于快速计算搅拌区晶粒尺寸具有 ［７８］ 同的力学性能 ，主要是由于焊接过程导致不同区 重要意义。然而，为了进一步反映搅拌摩擦焊接过 域具有不同的微观组织结构。建立微观组织结构数 ［１１］ 程中的晶粒变化过程，Ｚｈａｎｇ等 发展了一种基于 学模型对于了解搅拌摩擦焊接焊缝质量控制机理具 ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法的搅拌摩擦焊接过程的晶粒生长 有重要意义。 模型，可以反映不同温度历史作用下搅拌摩擦焊接 ［７］ 结合实验测试，Ｆｒａｔｉｎｉ等 提出了一种预测 平板不同部位的晶粒生长行为。基于这一 Ｍｏｎｔｅ ６０８２铝合金搅拌摩擦焊接晶粒尺寸的经验公式，将 ［１２］ Ｃａｒｌｏ模型，Ｇｒｕｊｉｃｉｃ等 发现搅拌摩擦焊接不同焊 晶粒尺寸与应变、应变率和温度历史相对应；然而， 接区域晶粒变化是晶粒生长和晶粒细化过程相互竞 该模型中相关系数与所采用的应变度量方式和具体 争的结果。 数学模型