AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳裂纹扩展行为

芦丽莉, 李婷, 朱忠尹

(1.中国核动力研究设计院,成都 610000;2.西南交通大学,成都 610031)

0 前言

镁合金作为轻量化材料，在高速列车车钩等关键部件已经得到了广泛的使用。但由于镁合金自身化学性质活泼，在外加应力和潮湿环境中的Cl-，H2O等腐蚀环境的共同影响之下，在实际服役条件下，镁合金及其焊接结构件往往承受持续稳定载荷、交变循环载荷及腐蚀介质环境等因素的影响，其中疲劳断裂引起的损伤占整个失效形式的80%以上[1-2]。因此，通过研究镁合金及其接头的耐腐蚀性能和腐蚀裂纹扩展行为，对其裂纹机理和规律进行分析，对实际工程应用具有重要价值。

在分析前期研究的基础上，以AZ31镁合金为研究对象，采用高速列车成熟的搅拌摩擦焊接工艺，得到成形良好的接头。分别在空气环境和质量分数为1%的NaCl的溶液中进行腐蚀疲劳试验，对比分析接头各区域的腐蚀疲劳裂纹扩展行为，探究其腐蚀疲劳裂纹扩展机理。

1 试验方法

试验所用材料为商用AZ31镁合金轧制板材，尺寸为300 mm×150 mm×8 mm，长度方向为轧制方向。沿轧制方向抗拉强度达260～290 MPa，断后伸长率为3%～15%。母材化学成分见表1。AZ31镁合金微观组织如图1所示，图1a展示了粗大晶粒沿着轧制方向延伸，其中夹杂着回复再结晶小晶粒。如图1b所示，镁合金基体上分布着Mg-Al第二相[3-4]，其大多沿着晶界分布。焊接设备为龙门式二维搅拌摩擦焊设备，搅拌头型号为AEE/PA.8MM/002/014，由轴肩和搅拌针组成，搅拌针长度为7.8～8.0 mm[5]，焊接工艺参数见表2。

表2 AZ31镁合金FSW参数