［本站(zhàn)訊］材料科學與工程學院武傳松教授課題組與大阪大學接合科學研究所麻甯緒教授課題組密切合作(zuò)，開展了(le)“超聲對鋁/鎂異質金(jīn)屬FSW接頭殘餘應力與微觀組織演變的影響機制”研究，取得了(le)實質性新(xīn)進展。近日，相關研究成果以“Unravelling the ultrasonic effect on residual stress and microstructure in dissimilar ultrasonic-assisted friction stir welding of Al/Mg alloys”爲題，發表于機械工程領域國際頂級期刊International Journal of Machine Tools and Manufacture（簡寫IJMTM）。材料學院博士後Najib Ahmad Muhammad和大阪大學助理(lǐ)教授耿培皓爲該文共同第一(yī)作(zuò)者，武傳松教授和麻甯緒教授爲共同通訊作(zuò)者，山東大學爲第一(yī)完成單位。

焊縫殘餘應力的測試與比較(A);宏觀模拟與微觀表征(B);異質FSW/UVaFSW接頭殘餘應力演變機制示意圖(C)

爲滿足經濟社會發展對節能(néng)減排越來越嚴格的要求，交通運載器(qì)具制造業對輕量化(huà)的鋁合金(jīn)與鎂合金(jīn)複合結構有迫切需求。由于鋁合金(jīn)和鎂合金(jīn)在晶體結構、物理(lǐ)化(huà)學和力學性能(néng)等方面存在很大的差異，在鋁/鎂異質合金(jīn)焊接結構件中容易産生(shēng)殘餘應力，影響其服役性能(néng)。深入了(le)解和闡明異種材料超聲振動輔助攪拌摩擦焊接過程中的殘餘應力演變規律對多材料結構的性能(néng)評估至關重要。然而，目前對此仍然缺乏系統深入的研究。武傳松教授與麻甯緒教授的課題組密切合作(zuò)，開展了(le)鋁/鎂異質合金(jīn)的常規攪拌摩擦焊接（FSW）與超聲振動輔助攪拌摩擦焊接（UVaFSW）對比工藝實驗，通過實驗測試、數值模拟和顯微組織表征相結合，評估了(le)鋁/鎂異種合金(jīn)FSW和UVaFSW接頭的殘餘應力分(fēn)布特征，以闡明超聲振動對其的作(zuò)用機理(lǐ)。使用X射線衍射(XRD) cosα法測量焊縫表面殘餘應力，結果表明在UVaFSW焊縫中主要産生(shēng)所期望的壓應力。使用Contour Method法獲得的應力圖表明，在UVaFSW焊縫中的壓應力區有所擴大和拉應力區有所縮小。鋁/鎂界面處熱膨脹狀态的失配，導緻在鎂側和鋁側分(fēn)别呈現拉應力和壓應力狀态。UVaFSW焊縫中的最大壓應力比FSW焊縫中的最大壓應力高約100 MPa。超聲效應有效地減少了(le)界面處金(jīn)屬間化(huà)合物(IMCs)層的厚度，改善了(le)異質材料流動和混合程度，促進了(le)晶粒再結晶行爲。因此，UVaFSW焊縫中硬度分(fēn)布更均勻，接頭拉伸性能(néng)得到提升。然而，超聲振動對幾何必要位錯密度和儲存應變能(néng)的影響不顯著，表明在所研究的條件下(xià)超聲對微觀殘餘應力的影響有限。超聲振動通過改變結合界面兩側的溫度分(fēn)布、促進攪拌區内的材料混合、抑制IMCs層的厚度以及增強界面兩側的應力相互作(zuò)用，有效地減輕了(le)接頭的殘餘拉應力和宏觀變形。揭示了(le)超聲對鋁/鎂異質金(jīn)屬接頭殘餘應力演變的影響機制，證明了(le)UVaFSW新(xīn)工藝可以起到抑制殘餘應力和改善微觀組織的協同作(zuò)用。研究結果爲鋁/鎂異質合金(jīn)UVaFSW工藝優化(huà)和接頭組織與性能(néng)的調控提供了(le)理(lǐ)論依據與技術支撐。

IJMTM是中科院分(fēn)區的一(yī)區TOP期刊，在全球137種機械工程學科SCI收錄期刊中排名第三，影響因子(zǐ)10.331。IJMTM每期隻發表4―5篇具有重要創新(xīn)成果的研究論文。

本項研究工作(zuò)得到了(le)國家自然科學基金(jīn)重點項目（52035005）、山東大學國際科研合作(zuò)種子(zǐ)基金(jīn)和山東大學博士後項目的資助。

原文鏈接：Unravelling the ultrasonic effect on residual stress and microstructure in dissimilar ultrasonic-assisted friction stir welding of Al/Mg alloys