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航空用高強度鋁合金之異材摩擦攪拌銲接研究

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 作者：郭聰源 王威勝 韓宗仁 蔡瑋倫 王進順 古錦松 報告者：王威勝. 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. 研究動機. 質輕 、 優良的耐蝕性及高的比強度 →應用於航空工業上. 銲接品質不佳. AA2024 AA7075 2000 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：.

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航空用高強度鋁合金之異材摩擦攪拌銲接研究

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  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 作者：郭聰源 王威勝 韓宗仁 蔡瑋倫 王進順古錦松 報告者：王威勝

  2. 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

  3. 研究動機 質輕、優良的耐蝕性及高的比強度→應用於航空工業上 銲接品質不佳 • AA2024 AA7075 • 2000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： 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

  4. 實驗方法(材料與銲接參數) • 材料：AA2024-T3與AA7075-T6 120 mm × 60 mm × 5 mm • FSW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

  5. 攪拌桿與銲接過程 ψ12.5mm 4mm 肩部 攪拌頭 (pin) ψ3.8mm

  6. 結果與討論 • 銲道形貌與組織分析 • 硬度分析

  7. 銲道形貌與組織分析

  8. 銲道形貌 (b) (b) HAZ BM BM HAZ FZ STZ FZ TMAZ TMAZ AA2024-T3 推進邊 AA7075-T6 退出邊 HAZ 近FL FL (a) • 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) 2 mm

  9. BM金相組織(OM) (b) AA7075-T6(退出邊) (a) AA2024-T3(推進邊) • 長條狀晶粒組織

  10. AA2024-T3(推進邊)之HAZ金相組織 (b) 走速2.4 mm/s (a) 走速1.75 mm/s (c) 走速3.0 mm/s

  11. AA7075-T6(退出邊)之HAZ金相組織 (a) 走速1.75 mm/s (b) 走速2.4 mm/s (c) 走速3.0 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

  12. TMAZ金相組織 TMAZ STZ TMAZ STZ (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

  13. AA2024-T3(推進邊)之TMAZ金相組織 TMAZ STZ TMAZ STZ (a) 走速1.75 mm/s (b) 走速2.4 mm/s TMAZ STZ (c) 走速3.0 mm/s • 明顯的分界線 • 走速↑ 晶粒呈現彎曲現象

  14. AA7075-T6(退出邊)之TMAZ金相組織 TMAZ STZ TMAZ STZ (b) 走速 2.4 mm/s (a) 走速 1.75 mm/s TMAZ STZ (c) 走速 3 mm/s • 不明顯的分界線 • 微量再結晶出現

  15. 銲道形貌 STZ (6.5mm) 上層 中層 AA2024-T3 推進邊 AA7075-T6 退出邊 下層 • STZ之寬度約6.5mm • Kumar指出STZ之寬度會受軸向負荷之影響 軸向負荷↑ STZ之寬度↑

  16. STZ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↓ 4.8μm 4.5μm 3.9μm 6.6μm 5.8μm 5.5μm 3.9μm 3.7μm 3.5μm

  17. 硬度分析

  18. 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0.5mm

  19. 銲件剖面硬度變化趨勢圖 • AA2024-T3母材約160HV • AA7075-T6母材約175HV • 硬度： BM > TMAZ > STZ > HAZ V=1.75mm/s V=2.4mm/s V=3.0mm/s

  20. HAZ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

  21. 不同走速下之STZ平均硬度 • 走速↑ 入熱量↓ 晶粒大小↓ 硬度↑

  22. 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。

  23. ~Thanks for your attention~

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