GH4169旋转摩擦焊飞边成形机理研究

金峰¹，熊江涛¹，石俊秒²，郭德伦³，李京龙²

1. 西北工业大学凝固技术国家重点实验室2. 西北工业大学摩擦焊接陕西省重点实验室3. 中航工业北京航空制造工程研究所

摘 要：本文以Φ25 mm的GH4169实心棒为母材展开连续驱动旋转摩擦焊实验,在缩短量5 mm、焊接压力200 MPa、转速500～2 500 r/min条件下,结合高速摄像机、红外热成像仪获得缩短速度演变及界面温度,通过光镜、扫描电镜、EBSD手段表征接头形貌演变,利用Matlab表征界面产热分布,揭示飞边成形机理。结果表明,GH4169旋转摩擦焊飞边随转速增大,依次呈现为光滑、表面弧纹、开裂形貌。800 r/min是一个临界转速判据,当转速小于800 r/min时,飞边呈光滑形貌;当转速介于800～1 500 r/min时,飞边出现弧纹;当转速不低于1 500 r/min时,飞边显著开裂。光滑形貌对应于较慢的飞边生长速度和较长的生长时间,飞边金属在变形、挤出界面的同时,有充分的时间再结晶软化,使表面流铺光滑;弧纹和开裂形貌对应于飞边在快速和较短时间内生长,再结晶来不及完成而发生加工硬化开裂。不同的飞边形貌,其形成机理不同:光滑形貌是塑性环(塑化金属)在界面中径到边缘处(0.43R～R)形核,随后铺展并挤出界面发生飞边连续生长现象,即飞边是塑化金属均匀流铺、挤出的结果;弧纹和开裂形貌对应于塑性环形核在界面内侧(0～0.43R),在界面压力的作用下被封闭在界面内部无法挤出,其飞边的形成,是界面持续摩擦使温度达到焊接温度后的变形挤出结果,即飞边是焊接后期界面金属快速镦粗变形形成的。不同的飞边形貌,对接头的静载拉伸强度分布影响不大,但影响到接头外缘延伸率。光滑、弧纹、开裂形貌,分别对应于接头外缘延伸率17%、9%、6%,相应的接头延伸率不均匀性从8%上升至50%、66%。

关键词：镍基高温合金;GH4169;旋转摩擦焊;飞边形貌;塑性环;接头性能;