az31b镁合金焊接组织及性能研究【字数：8931】
本文选取AZ31B镁合金，通过在搭接结构中添加和不添加金属粉末的激光焊接实验方案，应用金相分析、拉伸实验、盐水浸泡实验、电化学腐蚀等实验等表征方法对焊接接头的宏观形貌、微观组织进行观察与分析，结果表明添加Sn粉搭接接头没有裂纹，其他搭接接头均出现裂纹。对80mm*8mm*2mm的块状试样进行纯剪切拉伸，结果研究表明添加Zn粉的焊接接头抗拉强度为7.5MPa，相较于抗拉强度为19MPa不添加粉末的焊接接头有所降低，其余两组抗拉强度与不添加粉末基本一致。在盐水浸泡实验中，添加Zn粉的焊接接头腐蚀最为严重，存在块状脱落现象，其余焊接接头耐腐蚀性较好。在电化学腐蚀实验中，主要通过极化曲线和阻抗谱进行分析，通过未添加粉末与添加Sn粉的焊接接头腐蚀情况对比发现，添加Sn粉的焊接接头耐腐蚀性能更为优异。
目录
目录 IV
1 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2镁合金的特性及合金化 1
1.2.1镁合金的特性 1
1.2.2镁合金的合金化 2
1.3镁合金焊接研究现状 2
2 焊接实验与方法 6
2.1实验材料 6
2.2 实验过程 6
2.2.1金相制备与观察.....................................................6
2.2.2拉伸实验...........................................................7
2.2.3盐水浸泡实验.......................................................7
2.2.4电化学实验.........................................................7
2.3 实验设备 8
2.3.1 激光焊接系统 8
2.3.2 电火花数控线切割机床 8
2.3.3 材料力学万能试验机拉伸机 9
3 镁合金激光搭接接头组织分析 10
3.1 焊缝宏观形貌对比 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
0
3.2 焊接接头显微组织分析 11
3.2.1 Zn中间层接头显微组织分析 11
3.2.2 Ni中间层接头显微组织分析 12
3.2.3 Sn中间层接头显微组织分析 13
4 镁合金激光搭接接头性能分析 16
4.1 拉伸实验 16
4.2 盐水浸泡实验 17
4.3 电化学实验 19
5 结论 21
参考文献 22
致谢 23
1 绪论
1.1课题背景
21世纪具有代表性的绿色材料是镁合金,它的密度小，强度高，是较好的结构件，又因为散热性能好，又具有良好的耐腐蚀性。所以镁合金被广泛应用于生活产品及工程产品的应用制造中。随着镁合金应用范围逐渐变广，现有的镁合金种类很难适应不同方面的生产需求。因此，本文通过在镁合金中添加金属粉末研究其性能，满足实际生活生产需求。
因为镁熔点低、比热系数高、化学性质活泼和极易产生脆性金属间化合物，所以镁合金的焊接很难进行，并且在焊接过程中也会产生一系列缺陷。例如裂纹、气孔等。目前，焊接镁合金的方法主要是扩散焊和搅拌摩擦焊。但由于扩散焊的真空条件要求严格以及搅拌摩擦焊成本较高，极大制约了其在生产中的研发应用，所以相关方面的研究难以进行。
近年来激光焊接发展迅速，由于其速度快、功率大、变形小和焊接装置简单等优点，越来越受到欢迎。最新研究表明，在进行激光焊接时，添加合金元素作为中间层，能够改善焊接接头区域组织，减少气孔、裂纹等缺陷的出现。
本课题采用WF300型激光焊机对AZ31B镁合金进行搭接试验，采用不添加粉末与添加Sn，Zn，Ni粉末焊接的方法，进行对比分析，研究添加金属粉末末夹层的接头性能和组织的影响。另外通过拉伸实验、盐水浸泡实验以及电化学实验进行性能的研究。
1.2镁合金的特性及合金化
1.2.1镁合金的特性
镁合金具有一系列的优点，例如：比强度高、弹性模量较低等。尤其是镁合金构件在外来力的作用下，优于具备良好的性能，所受到的力在构件上分布均匀受到外力作用时不会集中于某个区域，从而产生裂纹等焊接缺陷；除此之外，镁合金具有良好的切削加工性能和铸造性能，受到大多数工业发达国家以及大企业关注与喜爱。自从进入21世纪，科学技术经济快速发展，金属材料的消耗量急剧增加，产生了资源危机。因为镁合金在全球储存量大且开采较少，镁合金越来越受到关注，研究镁合金的性能及其应用成为一股趋势，又因为镁作为一种比铝合金还轻的工程材料，开始逐渐取代铝合金在汽车以及航天航空领域的地位，例如镁合金在汽车上轻量化的应用。
1.2.2镁合金的合金化
在镁合金中具有很多合金元素，一般的合金元素为铝、钙、锌和锰等。又因为合金元素影响镁合金各项性能，所以我们要重视镁合金的合金化的作用，添加适量有益的合金元素，提高镁合金的性能。一般来说，在一定范围内，合金元素越多，其性能越好，反之亦然。尤其是镁合金做结构件时，合金元素发挥着重要意义[]，以下是镁合金中几个常见的合金元素。
铝：在一般的镁合金中，铝是镁合金中除镁之外含量最多最常见的金属元素。两者可以形成有限固溶体产生固溶强化，提高镁合金强度和硬度，在铸造过程中意义重大提高。然而当铝含量超过某一范围时，镁合金的应力腐蚀会特别严重，耐腐蚀性降低。所以当镁合金作为结构件时要注意铝元素的含量，以免造成重要事故。当镁合金中的铝含量为6mass.%时，镁合金既有较高的强度又有良好的塑性，此时配合的最好
钙：在镁合金中加入适量的钙元素，一方面可以减少冶金过程中的氧化，产生缺陷，另外可以减少或避免晶粒粗大，使晶粒得到细化，提高镁合金的强度，从而改善冶金质量。如果镁合金薄板中过多，会导致在焊接过程中引起裂纹的产生。
锌：除了铝元素以外，锌元素是镁合金中最有效的合金元素。一般是将锌元素与铝元素相结合，两者产生的固溶强化与时效强化对镁合金的性能有重大影响。如果镁合金中两种元素含量不匹配，超过规定的含量时，会导致镁合金产生热裂纹。如果镁合金中锌含量较高，会导致铸造性能较差。如果镁合金的腐蚀较差是因为因铁、镍两种合金元素的存在，可以添加适量的锌元素提高耐腐蚀性
目录
目录 IV
1 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2镁合金的特性及合金化 1
1.2.1镁合金的特性 1
1.2.2镁合金的合金化 2
1.3镁合金焊接研究现状 2
2 焊接实验与方法 6
2.1实验材料 6
2.2 实验过程 6
2.2.1金相制备与观察.....................................................6
2.2.2拉伸实验...........................................................7
2.2.3盐水浸泡实验.......................................................7
2.2.4电化学实验.........................................................7
2.3 实验设备 8
2.3.1 激光焊接系统 8
2.3.2 电火花数控线切割机床 8
2.3.3 材料力学万能试验机拉伸机 9
3 镁合金激光搭接接头组织分析 10
3.1 焊缝宏观形貌对比 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
0
3.2 焊接接头显微组织分析 11
3.2.1 Zn中间层接头显微组织分析 11
3.2.2 Ni中间层接头显微组织分析 12
3.2.3 Sn中间层接头显微组织分析 13
4 镁合金激光搭接接头性能分析 16
4.1 拉伸实验 16
4.2 盐水浸泡实验 17
4.3 电化学实验 19
5 结论 21
参考文献 22
致谢 23
1 绪论
1.1课题背景
21世纪具有代表性的绿色材料是镁合金,它的密度小，强度高，是较好的结构件，又因为散热性能好，又具有良好的耐腐蚀性。所以镁合金被广泛应用于生活产品及工程产品的应用制造中。随着镁合金应用范围逐渐变广，现有的镁合金种类很难适应不同方面的生产需求。因此，本文通过在镁合金中添加金属粉末研究其性能，满足实际生活生产需求。
因为镁熔点低、比热系数高、化学性质活泼和极易产生脆性金属间化合物，所以镁合金的焊接很难进行，并且在焊接过程中也会产生一系列缺陷。例如裂纹、气孔等。目前，焊接镁合金的方法主要是扩散焊和搅拌摩擦焊。但由于扩散焊的真空条件要求严格以及搅拌摩擦焊成本较高，极大制约了其在生产中的研发应用，所以相关方面的研究难以进行。
近年来激光焊接发展迅速，由于其速度快、功率大、变形小和焊接装置简单等优点，越来越受到欢迎。最新研究表明，在进行激光焊接时，添加合金元素作为中间层，能够改善焊接接头区域组织，减少气孔、裂纹等缺陷的出现。
本课题采用WF300型激光焊机对AZ31B镁合金进行搭接试验，采用不添加粉末与添加Sn，Zn，Ni粉末焊接的方法，进行对比分析，研究添加金属粉末末夹层的接头性能和组织的影响。另外通过拉伸实验、盐水浸泡实验以及电化学实验进行性能的研究。
1.2镁合金的特性及合金化
1.2.1镁合金的特性
镁合金具有一系列的优点，例如：比强度高、弹性模量较低等。尤其是镁合金构件在外来力的作用下，优于具备良好的性能，所受到的力在构件上分布均匀受到外力作用时不会集中于某个区域，从而产生裂纹等焊接缺陷；除此之外，镁合金具有良好的切削加工性能和铸造性能，受到大多数工业发达国家以及大企业关注与喜爱。自从进入21世纪，科学技术经济快速发展，金属材料的消耗量急剧增加，产生了资源危机。因为镁合金在全球储存量大且开采较少，镁合金越来越受到关注，研究镁合金的性能及其应用成为一股趋势，又因为镁作为一种比铝合金还轻的工程材料，开始逐渐取代铝合金在汽车以及航天航空领域的地位，例如镁合金在汽车上轻量化的应用。
1.2.2镁合金的合金化
在镁合金中具有很多合金元素，一般的合金元素为铝、钙、锌和锰等。又因为合金元素影响镁合金各项性能，所以我们要重视镁合金的合金化的作用，添加适量有益的合金元素，提高镁合金的性能。一般来说，在一定范围内，合金元素越多，其性能越好，反之亦然。尤其是镁合金做结构件时，合金元素发挥着重要意义[]，以下是镁合金中几个常见的合金元素。
铝：在一般的镁合金中，铝是镁合金中除镁之外含量最多最常见的金属元素。两者可以形成有限固溶体产生固溶强化，提高镁合金强度和硬度，在铸造过程中意义重大提高。然而当铝含量超过某一范围时，镁合金的应力腐蚀会特别严重，耐腐蚀性降低。所以当镁合金作为结构件时要注意铝元素的含量，以免造成重要事故。当镁合金中的铝含量为6mass.%时，镁合金既有较高的强度又有良好的塑性，此时配合的最好
钙：在镁合金中加入适量的钙元素，一方面可以减少冶金过程中的氧化，产生缺陷，另外可以减少或避免晶粒粗大，使晶粒得到细化，提高镁合金的强度，从而改善冶金质量。如果镁合金薄板中过多，会导致在焊接过程中引起裂纹的产生。
锌：除了铝元素以外，锌元素是镁合金中最有效的合金元素。一般是将锌元素与铝元素相结合，两者产生的固溶强化与时效强化对镁合金的性能有重大影响。如果镁合金中两种元素含量不匹配，超过规定的含量时，会导致镁合金产生热裂纹。如果镁合金中锌含量较高，会导致铸造性能较差。如果镁合金的腐蚀较差是因为因铁、镍两种合金元素的存在，可以添加适量的锌元素提高耐腐蚀性
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