焊接速度对Al-Zn-Mg-Cu摩擦焊接接头微观组织、硬度和疲劳性能的影响

《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》：Effect of welding speed on the microstructure, hardness, and fatigue performance of Al-Zn-Mg-Cu FSW joints

本研究探讨了焊接速度对7085铝合金摩擦搅拌焊缝微观结构和疲劳性能的影响。通过SEM、EBSD、TEM及超声疲劳测试发现，随速度增加，晶粒细化至2.3μm，硬度提升至183HV，低应力下疲劳寿命提高近10倍，裂纹从TMAZ转移至SZ，为优化FSW参数提供了依据。

　　

杜成超|吴永泰|夏萌|任旭东

江苏大学材料科学与工程学院，中国江苏省镇江市212013

摘要

摩擦搅拌焊接（FSW）广泛应用于航空航天和交通运输领域的高强度铝合金连接。然而，焊接速度对7085铝合金接头微观结构演变和疲劳性能的影响尚未得到充分研究。本研究在三种焊接速度（150、200和250毫米/分钟）下制备了FSW接头，系统探讨了这些速度对晶粒结构、沉淀物特性、硬度分布和疲劳性能的影响。实验采用了扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射谱（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）以及20 kHz的超声波疲劳测试方法。结果表明，焊接速度的提高使晶界（SZ）晶粒尺寸从约3.4微米减小到约2.3微米，硬度从170 HV提升至183 HV。在低应力（69 MPa）下，疲劳寿命显著延长，从10^6次循环增加到接近10^7次循环，这得益于细小的金属间颗粒对裂纹扩展的抑制作用以及更高的晶内强度。断口分析显示，在不同应力条件下，裂纹起始位置从过渡区（TMAZ）转移到了晶界（SZ）。这些发现为优化FSW工艺参数、提高7085合金接头的疲劳可靠性提供了定量指导。