铝方面航空用高强度铝合金之异材摩擦搅拌焊接研究

1、航空用高強度鋁合金之異材摩擦攪拌銲接研究學校：南台科技大學指導教授：郭聰源 教授 郭聰源 王威勝 韓宗仁 蔡瑋倫 王進順 古錦松報告者：王威勝1大綱研究動機實驗方法結果與討論1.銲道形貌與組織分析2.硬度分析結論進度2AA2024AA70752000系與7000系鋁合金於傳統熔融銲接(TIG、MIG)製程問題氣孔與凝固裂紋鋁與氧易結合成氧化膜改善方法：研究動機銲接品質不佳 摩擦攪拌銲接(Friction Stir Welding：FSW) 優點：a.無氣孔與凝固裂紋 b.變形量少 c.大部分材料無須銲條及保護氣體 d.低成本與銲接效率高質輕、優良的耐蝕性及高的比強度應用於航空工業上3實驗方法(

2、材料與銲接參數)材料：AA2024-T3與AA7075-T6 120 mm 60 mm 5 mmFSW銲接參數攪拌桿材料：工具鋼攪拌桿轉速：1200 rpm 旋轉方向：順時針 攪拌桿走速：1.75 mm/s、2.4 mm/s、3.0 mm/s表1 AA2024-T3與AA7075-T6成分表SiFeCuMnMgCrZnTiAlAA2024-T30.50.53.84.90.30.91.21.80.10.25-Bal.AA7075-T60.40.51.220.32.12.90.180.355.16.10.2Bal.4攪拌桿與銲接過程攪拌頭(pin)肩部12.5mm3.8mm4mm5結果與討論銲道形

3、貌與組織分析硬度分析6銲道形貌與組織分析7銲道形貌(a)2 mm攪拌區(Stir Zone, STZ)熱機影響區(Thermo-Mechanically Affected Zone, TMAZ)熱影響區(Heat Affect Zone, HAZ)母材(Base Metal, BM)(b)FZHAZ近FLFZFL(b)HAZHAZTMAZTMAZAA2024-T3 推進邊AA7075-T6 退出邊STZBMBM8BM金相組織(OM)(a) AA2024-T3(推進邊)(b) AA7075-T6(退出邊) 長條狀晶粒組織 9AA2024-T3(推進邊)之HAZ金相組織 (a) 走速1.75 mm

4、/s(b) 走速2.4 mm/s(c) 走速3.0 mm/s10AA7075-T6(退出邊)之HAZ金相組織(b) 走速2.4 mm/s(c) 走速3.0 mm/s(a) 走速1.75 mm/s 走速 晶粒大小無明顯改變 與BM比較 晶粒粗大現象不明顯11TMAZ金相組織 TMAZTMAZSTZSTZ(a) AA2024-T3(推進邊) (b) AA7075-T6(退出邊) STZ與TMAZ之二次相因左側入熱量較高左側的二次相較右側之粗大12AA2024-T3(推進邊)之TMAZ金相組織 明顯的分界線走速晶粒呈現彎曲現象 STZ(c) 走速3.0 mm/s(a) 走速1.75 mm/s(b)

5、走速2.4 mm/sSTZSTZTMAZTMAZTMAZ13AA7075-T6(退出邊)之TMAZ金相組織 不明顯的分界線微量再結晶出現(a) 走速 1.75 mm/s(c) 走速 3 mm/s(b) 走速 2.4 mm/sSTZSTZSTZTMAZTMAZTMAZ14銲道形貌AA2024-T3 推進邊AA7075-T6 退出邊上層中層下層STZ (6.5mm)STZ之寬度約Kumar指出STZ之寬度會受軸向負荷之影響軸向負荷STZ之寬度 15STZ金相組織 在固定的走速下晶粒大小 中層上層下層二次相大小 中層上層下層在固定轉速下走速入熱量晶粒m m m m m m m m m 16硬度分析1

6、7銲件剖面硬度量測分佈圖 中心頂端向下3mm量測點與點之量測距離為 18銲件剖面硬度變化趨勢圖 AA2024-T3母材約160HVAA7075-T6母材約175HV 硬度：BM TMAZ STZ HAZ19HAZ與TMAZ硬度下降百分比走速 HAZ與TMAZ之硬度下降百分比 硬度AA2024-T3(推進邊) 之硬度 AA7075-T6(退出邊) 之硬度20不同走速下之STZ平均硬度 走速入熱量晶粒大小 硬度21結論HAZ、TMAZ與STZ之硬度變化走速 晶粒大小 硬度左右兩側TMAZ之差異異材接合是可行的，因不同材料，析出機制極為複雜，若能釐清，有助於提升鋁合金異材之FSW接合品質。晶粒入熱量