搅拌摩擦焊工艺参数对异种镁合金接头组织和性能的影响
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度反而降低。当 ! > :7 << ; <’(， ! > " 888 1 ; <’( 时接 头抗拉强度达到最大值 #"8 ?3)， 为母材 @A:"B 抗拉 强度的 C8D 7E 。对拉伸试样断裂位置分析发现， 所有 的断裂全部发生在 @AF"@ 侧 （ 前进侧） 热力影响区附 近。断口与受力方向呈约 57G 解理断裂， 断口塑性很 小， 近似脆性断裂， 尤其在抗拉强度较低时表现得更明 显。 挤压态变形镁合金组织比较粗大， 在搅拌摩擦焊 的过程中焊接参数对热力影响区影响非常大。在一定 的焊接速度下， 搅拌头旋转速度 ! 和转速与焊接速度 之比 ! " ! 的变化直接影响热力影响区的组织形态及氧 化物、 夹杂物的分布， 从而影响接头抗拉强度和断裂行 为。分析认为， 当 ! 与 ! " ! 较低时热输入量小， 热力影 响区较窄， 只有粗大晶粒得到拉长变形。搅拌头在搅
第十二次全国焊接学术会议论文集 ! 焊接
拌区的摩擦和搅拌不足， 不能有效去除试件施焊区上 表面及端面的氧化物， 在搅拌针的搅拌带动下塑性流 （ 前进侧） 热力影响区产 动、 与夹杂物一起在 "#$%" 侧 生富集， 从而形成一个力学性能较差的薄弱区域。随 着 ! 与 ! ! " 的增大这个薄弱区域性能得到明显改善。 这主要是因为 ! 与 ! ! " 增加使得搅拌区的摩擦搅拌充 分， 施焊区上表面及端面的氧化物表面氧化膜得到去 除， 端面的氧化物和夹杂物被打碎， 经搅拌混合扩散到 焊核与机械热影响的过渡区域。同时热输入量随之增 加、 温度升高， 为扩散渗透提供有利条件， 同时热力影 响区变宽， 粗大组织在机械搅拌作用下拉长、 细化， 细 小组织回复， 使整体性能得到改善。但随着 ! 与 ! ! " 的进一步增大， 热输入量过大， 焊缝表面 过 热 氧 化 严 重， 热力影响区与热影响区晶粒严重长大， 反而使该区 域力学性能迅速下降。 热力影响区成为整个接头中应力集中最严重的地方。 !" #$ 接头硬度分布 图 $ 为接头抗拉强度值最高的 ()试样和抗拉强度 值最低的 %* ) 试样接头横截面中心线显微硬度分布。 由图 $ 可见， ()试样显微硬度分布曲线比较平缓， 焊核 区显微硬度略高于 "#(%+ 母材硬度但远低于 "#$%" 母材硬度。 "#(%+ 侧热力 影 响 区 显 微 硬 度 高 于 焊 核 区， 在热影响区略有下降； "#$%" 侧热力影响区显微硬 度与焊核区相当， 热影响区硬度由低向高过渡到母材。 %*)试样显微硬度分布曲线与 ()试样在焊核区、 热影响 区基本一致， 而在热力影响区却远远高于 () 试样。这 与当焊接参数不恰当时， 在热力影响区大量出现的、 呈 层状分布的氧化物和夹杂物富集带是相对应的， 这些 富集带类似于经过了加工硬化， 从而使硬度远远高于 母材。
Leabharlann Baidu
图 ,! 搅拌摩擦头形式
温度略高于前进侧相关。
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焊接 ! "#$% &%’() *+,-’(. &/(0+1+(2+ 3)4+1
图 5! 焊缝接头金相照片
! ! 图 5 % 为接头冠状区组织， 可以看到冠状区晶粒也 比较细小均匀， 但比焊核区要大许多且不够均匀。该 区域主要受到肩轴的热机械作用， 温度很高， 但搅拌却 不是很充分， 从而形成较均匀、 细小的等轴晶粒， 晶粒 晶界很清晰。 !" #$ 焊接参数对接头力学性能的影响 试验表明， 在保持工艺条件和其他参数不变的条 焊接速度在 :8 件下， 当旋转速度在 678 9 " :88 1 ; <’(、 9 78 << ; <’( 调节时能获得成形良好、 无宏观缺欠的 焊接接头。图 7) 为搅拌头转速与抗拉强度关系， 图 7= 为搅拌头旋转速度 ! 与焊接速度 ! 之比 ! " ! 与抗拉强 度关系。 由图 7 可见， 在一定焊接速度下， 接头抗拉强度随 着 ! 和 ! " ! 增加而增大， 但当 ! 和 ! " ! 过大时抗拉强 #F
试验设备为 @A* C 6PK C 7"8 型搅拌摩擦焊机， 焊 转速 #87 Q # 877 1 O M’(， 对铝合金 速 7 Q # 777 MM O M’(， 最大焊接厚度为 "B MM， 完全满足本试验镁合金的塑 化连接。试验时： ! 在保持其它工艺条件和参数不变 的情况下， 通过改变搅拌摩擦头形式、 调节搅拌头旋转 速度 ! 和焊接速度 "， 以获得成形良好、 无宏观缺欠的 接头； "对不同参数下的接头横向截取试样进行力学 性能测试； 经 #选取适当的接头部位截取横截面试样， 研磨、 抛光， 用 6? 硝酸溶液腐蚀、 纯酒精清洗、 吹干， 在 光学显微镜下进行金相组织观察和显微硬度检测。 ’! 试验结果及分析 ’& $! 材质差异和搅拌头形状对 @A* 焊缝成形的影响
［ 5］ 和 H> I/%(J/( 分别对 9:6" 、 9:<" 、 9:=" 系列镁
合金板材和 9K87 、 9K<7 等压铸镁合金进行了搅拌摩 擦焊研究， 结果表明以上几种材料均可获得优质焊件， 但与铝合金相比， 镁合金搅拌摩擦焊的最优工艺参数 的选择范围较窄。在国内， 文献 ［ L， =］ 对 9:6" 镁合金 的搅拌摩擦焊进行了比较全面的研究， 文献 ［ "7 ， "" ］ 针 对中国航天航空工业中常用的 K;L 、 9:L" 镁合金进行 摩擦焊工艺研究。以上都是对同种镁合金搅拌摩擦焊 的研究， 但对更具广泛性和实用价值的不同成分镁合 金材料间的搅拌摩擦焊却研究很少， 各种镁合金性能 差异较 大。因 此， 文中就较常见的异种变形镁合金 9:6"; 与 9:<"9 进行了搅拌摩擦焊对接试验研究。
表 $! 镁合金成分和力学性能 合金 9, 9:6"; 9:<"9 6> " <> 8 主要成分 （? ） :( 7> = 7> L K. 余量 余量 抗拉强度 ! M O K3) #6# #57
， 近年来对镁合金的研发、 运用 。在镁合金的应用焊接的过程
中， 由于镁合金熔点低、 线膨胀系数和导热系数高， 对 氧亲合力高， 导致镁合金的焊接性差， 常规的焊接方法
)! 序! ! 言 镁合金密度小， 比强度、 比刚度高， 还具有散热性、 屏蔽性好等特点， 在航空、 航天、 汽车制造和交通运输 等行业应用前景广阔 得到非常快速的发展
［ "］ ［ #］
$! 试验方法 试验 采 用 经 均 匀 化 处 理 的 挤 压 态 变 形 镁 合 金 9:6"; 和 9:<"9， 经机械加工制成规格为 #77 MM N L7 MM N 8 MM 的板件进行焊接。材料主要成分和力学性 能见表 " 。
［ 6］ 难以 获 得 良 好 的 焊 接 接 头 。搅 拌 摩 擦 焊 （ @1’2$’/(
A$’1 *+,-’(. ， 简称 @A* ） 作为一种新型的低熔点有色 金属连接工艺， 在铝合金的焊接方面具有得天独厚的 优势 $)
［ <］ ［ B C 8］
。在 对 镁 合 金 的 搅 拌 摩 擦 焊 方 面， D> E)F)G
收稿日期： #775 C "" C 67
试验表明， 当 9:6"; 置于后退侧、 9:<"9 置于前
#B
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第十二次全国焊接学术会议论文集 ! 焊接
进侧进行施焊时易得到外观成形良好、 无宏观缺欠的 ， 所适用的工艺参数范围也比较宽。反 接头 （ 见图 " ） 之， 接头总产生过热或表面沟槽、 焊缝内部隧道型等缺 欠。这 是 由 于 两 种 母 材 材 质 差 异 较 大， #$%"# 比 #$&"’ 硬度高， 塑性变形温度高， 另一方面， 试验状态 的 #$%"# 母材晶粒较 #$&"’ 更粗大些， 晶界上二次相 ()"* #+", 和杂质也更多。这使得在同样的加热温度下， #$&"’ 比 #$%"# 塑性流动性较好。
图 $! 接头显微硬度分布
%$ 结$ $ 论 （ % ）当采用凹面圆台形搅拌头且将 "#$%" 置于前 进侧进行施焊时可以得到成形良好、 无焊接缺欠的异 种变形镁合金 "#(%+ , "#$%" 搅拌摩擦焊对接接头。 （ ’ ）适当的工艺参数范围较窄， 接头的力学性能 对搅拌头的旋转速度和焊接速度非常敏感。当取焊接
焊接 ! "#$% &%’() *+,-’(. &/(0+1+(2+ 3)4+1
搅拌摩擦焊工艺参数对异种镁合金接头 组织和性能的影响
兰州理工大学 有色金属合金及加工教育部重点实验室 （ 567787 ） ! ! 王希靖! 张永红! 张忠科
摘要! 对异种变形镁合金 9:6"; 与 9:<"9 进行搅拌摩擦焊对接试验， 研究了工艺参数对接头组织及力学性 能的影响。结果表明： 当采用凹面圆台形搅拌头， 且将 9:6"; 置于后退侧进行施焊时易得到成形良好、 无焊接缺欠 的对接接头， 接头抗拉强度最高可达到母材 9:6"; 的 =7> 8? 。对焊缝的端面微观组织特征分析发现： 接头各区域 组织差异很大， 前进侧热力影响区组织呈层状分布且较宽。当工艺参数不恰当时， 该区域层状组织间易产生氧化 物和杂质物的富集， 夹杂层的存在及应力集中是造成接头在前进侧热力影响区力学性能下降的最主要原因。 关键词： ! 镁合金! 搅拌摩擦焊! 力学性能! 工艺参数 中图分类号： ! "#$$%& ’(
试验中采用两种不同搅拌针的搅拌头进行焊接， 如图 , 所示。结果表明， 图 ,. 圆柱形搅拌头施焊时接 头表面成形差， 往往出现表面沟槽或在焊缝内部出现 孔洞及隧道型缺欠。图 ,/ 凹面圆台形搅拌头容易得 到外观成形良好、 无宏观缺欠的接头。由图 & #$&"’ 、 #$%"# 012 接头横截面宏观形貌， 可明显观察到沿着 焊核与母材的分界线金属流线由后退侧上部流向焊 核， 然后再流向前进侧上部， 形成与搅拌针形式一致的 流线。这样在粗大母材金属塑性流动性差的情况下， 圆台形搅拌针比圆柱形搅拌针更有助于塑性金属流 动， 焊核向母材过渡平缓。另外， 由图 & 可看到， 在焊 缝表面及近表面金属流线呈较大内凹状， 这样凹面肩 轴与工件表面所形成的空间更有利于填充搅拌针所留 下的间隙， 这也是凹面圆台形搅拌头比圆柱形搅拌头 更适合异种镁合金 #$&"’ 与 #$%"# 搅拌摩擦焊的原因。
图 &! #$&"’ - #$%"# 012 接头横截面宏观照片 图 "! #$&"’ - #$%"# 搅拌摩擦焊接头
!" !# 接头组织 在镁合金搅拌摩擦焊接头中， 热力影响区的金属 塑性变形和流动非常明显， 焊核区 “ 洋葱环” 和冠状区 形貌很清晰。图 3. 4 35 为接头各区域微观组织。由 于母材均为挤压态变形镁合金， 如图 3. 和 3/ 组织呈 大小很不均匀的等轴晶， 个别晶粒非常粗大， 相互之间 由较小晶粒填充， 在晶界上还杂乱分布着一些大小不 等的杂质。相比而言， #$%"# 母材晶粒更粗大些。 图 36 为焊核区组织， 与母材相比， 焊核区晶粒得 到很大程度地细化且分布均匀。这主要是因为该区金 属在搅拌头的作用下温度最高、 应变速率最大， 发生强 烈的塑性变形和流动， 粗大的母材晶粒不断地被打碎， 再结晶晶粒来不及长大， 形成等轴细小的晶粒。同时 杂质也得到很大程度的破碎而弥散于细晶晶粒间。 图 37 和 38 为热力影响区组织形态， 可以看到热 力影响区在连续热和机械搅拌的联合作用下， 组织呈 层状分布。初始粗大晶粒被明显拉长， 具有一定的流 向性， 而初始较小晶粒得到回复长大， 晶粒尺寸较焊核 区大许多， 但母材整体不均匀性减小。另外 #$%"# 侧 （ 前进侧） 热力影响区比 #$&"’ 侧 （ 后退侧） 宽许多， 层 状分布也更明显。图 39 和 3) 分别为 #$&"’ 和 #$%"# 的热影响区组织， 可以看到热影响区初始粗大晶粒通 过吞噬小晶粒使自身得到进一步长大， 从而使大晶粒 直接相连， 部分晶界消失。这主要是因为该区域在来 自焊核摩擦热的连续热循环作用下， 晶粒发生部分再 结晶、 回复和长大。相比而言， #$&"’ 侧 （ 后退侧） 热影 响区晶粒长大更明显， 这与搅拌摩擦焊过程中， 后退侧
度反而降低。当 ! > :7 << ; <’(， ! > " 888 1 ; <’( 时接 头抗拉强度达到最大值 #"8 ?3)， 为母材 @A:"B 抗拉 强度的 C8D 7E 。对拉伸试样断裂位置分析发现， 所有 的断裂全部发生在 @AF"@ 侧 （ 前进侧） 热力影响区附 近。断口与受力方向呈约 57G 解理断裂， 断口塑性很 小， 近似脆性断裂， 尤其在抗拉强度较低时表现得更明 显。 挤压态变形镁合金组织比较粗大， 在搅拌摩擦焊 的过程中焊接参数对热力影响区影响非常大。在一定 的焊接速度下， 搅拌头旋转速度 ! 和转速与焊接速度 之比 ! " ! 的变化直接影响热力影响区的组织形态及氧 化物、 夹杂物的分布， 从而影响接头抗拉强度和断裂行 为。分析认为， 当 ! 与 ! " ! 较低时热输入量小， 热力影 响区较窄， 只有粗大晶粒得到拉长变形。搅拌头在搅
第十二次全国焊接学术会议论文集 ! 焊接
拌区的摩擦和搅拌不足， 不能有效去除试件施焊区上 表面及端面的氧化物， 在搅拌针的搅拌带动下塑性流 （ 前进侧） 热力影响区产 动、 与夹杂物一起在 "#$%" 侧 生富集， 从而形成一个力学性能较差的薄弱区域。随 着 ! 与 ! ! " 的增大这个薄弱区域性能得到明显改善。 这主要是因为 ! 与 ! ! " 增加使得搅拌区的摩擦搅拌充 分， 施焊区上表面及端面的氧化物表面氧化膜得到去 除， 端面的氧化物和夹杂物被打碎， 经搅拌混合扩散到 焊核与机械热影响的过渡区域。同时热输入量随之增 加、 温度升高， 为扩散渗透提供有利条件， 同时热力影 响区变宽， 粗大组织在机械搅拌作用下拉长、 细化， 细 小组织回复， 使整体性能得到改善。但随着 ! 与 ! ! " 的进一步增大， 热输入量过大， 焊缝表面 过 热 氧 化 严 重， 热力影响区与热影响区晶粒严重长大， 反而使该区 域力学性能迅速下降。 热力影响区成为整个接头中应力集中最严重的地方。 !" #$ 接头硬度分布 图 $ 为接头抗拉强度值最高的 ()试样和抗拉强度 值最低的 %* ) 试样接头横截面中心线显微硬度分布。 由图 $ 可见， ()试样显微硬度分布曲线比较平缓， 焊核 区显微硬度略高于 "#(%+ 母材硬度但远低于 "#$%" 母材硬度。 "#(%+ 侧热力 影 响 区 显 微 硬 度 高 于 焊 核 区， 在热影响区略有下降； "#$%" 侧热力影响区显微硬 度与焊核区相当， 热影响区硬度由低向高过渡到母材。 %*)试样显微硬度分布曲线与 ()试样在焊核区、 热影响 区基本一致， 而在热力影响区却远远高于 () 试样。这 与当焊接参数不恰当时， 在热力影响区大量出现的、 呈 层状分布的氧化物和夹杂物富集带是相对应的， 这些 富集带类似于经过了加工硬化， 从而使硬度远远高于 母材。
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图 ,! 搅拌摩擦头形式
温度略高于前进侧相关。
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图 5! 焊缝接头金相照片
! ! 图 5 % 为接头冠状区组织， 可以看到冠状区晶粒也 比较细小均匀， 但比焊核区要大许多且不够均匀。该 区域主要受到肩轴的热机械作用， 温度很高， 但搅拌却 不是很充分， 从而形成较均匀、 细小的等轴晶粒， 晶粒 晶界很清晰。 !" #$ 焊接参数对接头力学性能的影响 试验表明， 在保持工艺条件和其他参数不变的条 焊接速度在 :8 件下， 当旋转速度在 678 9 " :88 1 ; <’(、 9 78 << ; <’( 调节时能获得成形良好、 无宏观缺欠的 焊接接头。图 7) 为搅拌头转速与抗拉强度关系， 图 7= 为搅拌头旋转速度 ! 与焊接速度 ! 之比 ! " ! 与抗拉强 度关系。 由图 7 可见， 在一定焊接速度下， 接头抗拉强度随 着 ! 和 ! " ! 增加而增大， 但当 ! 和 ! " ! 过大时抗拉强 #F
试验设备为 @A* C 6PK C 7"8 型搅拌摩擦焊机， 焊 转速 #87 Q # 877 1 O M’(， 对铝合金 速 7 Q # 777 MM O M’(， 最大焊接厚度为 "B MM， 完全满足本试验镁合金的塑 化连接。试验时： ! 在保持其它工艺条件和参数不变 的情况下， 通过改变搅拌摩擦头形式、 调节搅拌头旋转 速度 ! 和焊接速度 "， 以获得成形良好、 无宏观缺欠的 接头； "对不同参数下的接头横向截取试样进行力学 性能测试； 经 #选取适当的接头部位截取横截面试样， 研磨、 抛光， 用 6? 硝酸溶液腐蚀、 纯酒精清洗、 吹干， 在 光学显微镜下进行金相组织观察和显微硬度检测。 ’! 试验结果及分析 ’& $! 材质差异和搅拌头形状对 @A* 焊缝成形的影响
［ 5］ 和 H> I/%(J/( 分别对 9:6" 、 9:<" 、 9:=" 系列镁
合金板材和 9K87 、 9K<7 等压铸镁合金进行了搅拌摩 擦焊研究， 结果表明以上几种材料均可获得优质焊件， 但与铝合金相比， 镁合金搅拌摩擦焊的最优工艺参数 的选择范围较窄。在国内， 文献 ［ L， =］ 对 9:6" 镁合金 的搅拌摩擦焊进行了比较全面的研究， 文献 ［ "7 ， "" ］ 针 对中国航天航空工业中常用的 K;L 、 9:L" 镁合金进行 摩擦焊工艺研究。以上都是对同种镁合金搅拌摩擦焊 的研究， 但对更具广泛性和实用价值的不同成分镁合 金材料间的搅拌摩擦焊却研究很少， 各种镁合金性能 差异较 大。因 此， 文中就较常见的异种变形镁合金 9:6"; 与 9:<"9 进行了搅拌摩擦焊对接试验研究。
表 $! 镁合金成分和力学性能 合金 9, 9:6"; 9:<"9 6> " <> 8 主要成分 （? ） :( 7> = 7> L K. 余量 余量 抗拉强度 ! M O K3) #6# #57
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中， 由于镁合金熔点低、 线膨胀系数和导热系数高， 对 氧亲合力高， 导致镁合金的焊接性差， 常规的焊接方法
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［ "］ ［ #］
$! 试验方法 试验 采 用 经 均 匀 化 处 理 的 挤 压 态 变 形 镁 合 金 9:6"; 和 9:<"9， 经机械加工制成规格为 #77 MM N L7 MM N 8 MM 的板件进行焊接。材料主要成分和力学性 能见表 " 。
［ 6］ 难以 获 得 良 好 的 焊 接 接 头 。搅 拌 摩 擦 焊 （ @1’2$’/(
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进侧进行施焊时易得到外观成形良好、 无宏观缺欠的 ， 所适用的工艺参数范围也比较宽。反 接头 （ 见图 " ） 之， 接头总产生过热或表面沟槽、 焊缝内部隧道型等缺 欠。这 是 由 于 两 种 母 材 材 质 差 异 较 大， #$%"# 比 #$&"’ 硬度高， 塑性变形温度高， 另一方面， 试验状态 的 #$%"# 母材晶粒较 #$&"’ 更粗大些， 晶界上二次相 ()"* #+", 和杂质也更多。这使得在同样的加热温度下， #$&"’ 比 #$%"# 塑性流动性较好。
图 $! 接头显微硬度分布
%$ 结$ $ 论 （ % ）当采用凹面圆台形搅拌头且将 "#$%" 置于前 进侧进行施焊时可以得到成形良好、 无焊接缺欠的异 种变形镁合金 "#(%+ , "#$%" 搅拌摩擦焊对接接头。 （ ’ ）适当的工艺参数范围较窄， 接头的力学性能 对搅拌头的旋转速度和焊接速度非常敏感。当取焊接
焊接 ! "#$% &%’() *+,-’(. &/(0+1+(2+ 3)4+1
搅拌摩擦焊工艺参数对异种镁合金接头 组织和性能的影响
兰州理工大学 有色金属合金及加工教育部重点实验室 （ 567787 ） ! ! 王希靖! 张永红! 张忠科
摘要! 对异种变形镁合金 9:6"; 与 9:<"9 进行搅拌摩擦焊对接试验， 研究了工艺参数对接头组织及力学性 能的影响。结果表明： 当采用凹面圆台形搅拌头， 且将 9:6"; 置于后退侧进行施焊时易得到成形良好、 无焊接缺欠 的对接接头， 接头抗拉强度最高可达到母材 9:6"; 的 =7> 8? 。对焊缝的端面微观组织特征分析发现： 接头各区域 组织差异很大， 前进侧热力影响区组织呈层状分布且较宽。当工艺参数不恰当时， 该区域层状组织间易产生氧化 物和杂质物的富集， 夹杂层的存在及应力集中是造成接头在前进侧热力影响区力学性能下降的最主要原因。 关键词： ! 镁合金! 搅拌摩擦焊! 力学性能! 工艺参数 中图分类号： ! "#$$%& ’(
试验中采用两种不同搅拌针的搅拌头进行焊接， 如图 , 所示。结果表明， 图 ,. 圆柱形搅拌头施焊时接 头表面成形差， 往往出现表面沟槽或在焊缝内部出现 孔洞及隧道型缺欠。图 ,/ 凹面圆台形搅拌头容易得 到外观成形良好、 无宏观缺欠的接头。由图 & #$&"’ 、 #$%"# 012 接头横截面宏观形貌， 可明显观察到沿着 焊核与母材的分界线金属流线由后退侧上部流向焊 核， 然后再流向前进侧上部， 形成与搅拌针形式一致的 流线。这样在粗大母材金属塑性流动性差的情况下， 圆台形搅拌针比圆柱形搅拌针更有助于塑性金属流 动， 焊核向母材过渡平缓。另外， 由图 & 可看到， 在焊 缝表面及近表面金属流线呈较大内凹状， 这样凹面肩 轴与工件表面所形成的空间更有利于填充搅拌针所留 下的间隙， 这也是凹面圆台形搅拌头比圆柱形搅拌头 更适合异种镁合金 #$&"’ 与 #$%"# 搅拌摩擦焊的原因。
图 &! #$&"’ - #$%"# 012 接头横截面宏观照片 图 "! #$&"’ - #$%"# 搅拌摩擦焊接头
!" !# 接头组织 在镁合金搅拌摩擦焊接头中， 热力影响区的金属 塑性变形和流动非常明显， 焊核区 “ 洋葱环” 和冠状区 形貌很清晰。图 3. 4 35 为接头各区域微观组织。由 于母材均为挤压态变形镁合金， 如图 3. 和 3/ 组织呈 大小很不均匀的等轴晶， 个别晶粒非常粗大， 相互之间 由较小晶粒填充， 在晶界上还杂乱分布着一些大小不 等的杂质。相比而言， #$%"# 母材晶粒更粗大些。 图 36 为焊核区组织， 与母材相比， 焊核区晶粒得 到很大程度地细化且分布均匀。这主要是因为该区金 属在搅拌头的作用下温度最高、 应变速率最大， 发生强 烈的塑性变形和流动， 粗大的母材晶粒不断地被打碎， 再结晶晶粒来不及长大， 形成等轴细小的晶粒。同时 杂质也得到很大程度的破碎而弥散于细晶晶粒间。 图 37 和 38 为热力影响区组织形态， 可以看到热 力影响区在连续热和机械搅拌的联合作用下， 组织呈 层状分布。初始粗大晶粒被明显拉长， 具有一定的流 向性， 而初始较小晶粒得到回复长大， 晶粒尺寸较焊核 区大许多， 但母材整体不均匀性减小。另外 #$%"# 侧 （ 前进侧） 热力影响区比 #$&"’ 侧 （ 后退侧） 宽许多， 层 状分布也更明显。图 39 和 3) 分别为 #$&"’ 和 #$%"# 的热影响区组织， 可以看到热影响区初始粗大晶粒通 过吞噬小晶粒使自身得到进一步长大， 从而使大晶粒 直接相连， 部分晶界消失。这主要是因为该区域在来 自焊核摩擦热的连续热循环作用下， 晶粒发生部分再 结晶、 回复和长大。相比而言， #$&"’ 侧 （ 后退侧） 热影 响区晶粒长大更明显， 这与搅拌摩擦焊过程中， 后退侧