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背景简介

铝合金，特别是 AA7075，因其在强度和重量之间的平衡以及耐腐蚀特性而引起了多个行业的极大兴趣。在几种可用的制造技术中，搅拌摩擦焊 （FSW） 已证明其作为连接这些合金的方法的潜力。与传统的焊接技术相比，FSW具有显著的优势，例如减少变形、改善机械性能和提高焊接完整性。然而，尽管有这些优点，FSW接头的疲劳性能仍然是一个关键问题，特别是在许多结构应用中普遍存在的循环载荷条件。疲劳裂纹扩展 （FCG） 行为是控制焊接部件结构完整性和使用寿命的基本方面，受各种因素的显著影响，包括材料性能、焊接参数和负载条件。应力比，即疲劳循环中最小应力与最高施加应力之比，对裂纹扩展速率和焊接接头的疲劳耐久性有显著影响。

成果介绍

（1）如图1（a）所示，基材的透射电子显微图显示存在两种不同类型的沉淀颗粒，在大小和形状上都表现出变化。一组测量范围在 50-70 nm 之间，而另一组测量范围为 10-20 nm。调查显示，大多数沉淀物在焊核内崩解，而少数颗粒保持完整并传播得更大。此外，有人指出，受热机械影响的区域发生了强化沉淀物的部分溶解，其中一些完全溶解，如图1c所示。在图1d，描述了搅拌摩擦焊接接头的热影响区内有晶间和晶界析出的存在。沉淀物颗粒在颗粒内均匀分布;然而，与晶界相邻的区域没有沉淀物，通常被称为无沉淀物区（PFZ），这些PFZ代表脆弱区域。

图1 AA7075–T651 基材和 FSW 焊缝的 TEM 图，（a） 基材显示增强的析出物颗粒，（b） 焊核显示析出物溶解和强化，（c） TMZ 显示析出物的部分溶解，（d） HZ 确认析出物的自由区

（2）如图2的曲线为使用维氏硬度计在FSW焊缝上获得的显微硬度值。硬度曲线是一个“W”形轮廓，这在搅拌摩擦焊接铝合金中很常见。发现焊缝中心具有较高的硬度值，而 HZ 区域报告的硬度值较低。在焊接过程中，HZ的过老化是HZ硬度降低的原因。此外，它还表明拉伸样品在该区域中会失效。由于晶粒细化可以提高材料的强度，因此与基材和 HZ 相比，焊核的硬度更高归因于其更细的晶粒尺寸。Hall-Petch 关系指出，随着晶粒尺寸的减小，材料的硬度增加。

图2 FSW焊接板的硬度鉴定

（3）如图3所示，与基础AA7075相比，基于Paris系数和指数，AA7075 FSW焊缝疲劳强度在较高（0.2）和较低（0.5）应力比下分别减少了24%和46%。这意味着疲劳强度取决于应力比，在较低的比率下观察到较大的变化。

图3 (a)基座和FSW AA7075-T651在应力比为0.2时的Paris拟合曲线比较;(b) 应力比为0.5时基座和FSW AA7075-T651的Paris拟合曲线比较

（4）如图4所示，对临界故障敏感性即 ΔKc的调查，尽管基座试样和 FSW 试样的阈值强度因子保持相似，但 FSW 焊接接头的（临界 SIF 范围）在所有应力比下都要低得多。这表明FSW焊接接头的临界失效率较高。

图4 不同应力比下的基座和FSW焊接接头的ΔK_c

致谢

本文第一作者、通讯作者：Karthick Ganesan（Sri Sivasubramaniya Nadar College of Engineering）。

本期小编：华飞龙（整理）

姚辰霖（校对）

王康康（审核）

王永杰（发布）