機械外文文獻翻譯-重疊定向對鎂合金板料攪拌摩擦焊縫疲勞行為的影響【中文8980字】【PDF+中文WORD】

機械外文文獻翻譯-重疊定向對鎂合金板料攪拌摩擦焊縫疲勞行為的影響【中文8980字】【PDF+中文WORD】,中文8980字,PDF+中文WORD,機械,外文,文獻,翻譯,重疊,定向,鎂合金,板料,攪拌,摩擦,焊縫,疲勞,行為,影響,中文,8980,PDF,WORD 重疊定向對鎂合金板料攪拌摩擦焊縫疲勞行為的影響 J.F.C. Moraes ，R.I. Rodriguez ，J.B. Jordon ，X. Su 美國阿拉巴馬大學機械工程系，AL 35401， 美國福特汽車公司，MI 48124， 文章歷史： 2016年9月22日收到 以修訂形式收到2017年1月23日2017年2月19日接受 2017年2月21日在線提供 關鍵詞： 疲勞 摩擦攪拌焊接鎂的斷裂 摘要 在這項工作中，我們調查了鎂合金AZ31摩擦攪拌線圈焊接時片材堆積方向對疲勞行為的影響。眾所周知，在摩擦攪拌焊接過程中，由于工具產生的材料的前進和后退流動產生不對稱的焊接特征，導致各向同性的機械行為。如此，在2mm厚的片材上進行搭接接頭的摩擦攪拌焊接，其中試樣的拉動方向相對于工具旋轉方向改變方向。隨后進行實驗性疲勞測試以評估片層疊取向對循環行為的這種影響。疲勞結果表明，與前進側相比，裝載在后退側上的搭接接頭表現出優越的性能。驗后分析結合有限元分析結果表明，由推進和后退材料流產生的接合表面的幾何形狀在很大程度上決定了這些摩擦攪拌線性焊接搭接接頭的破壞循環次數。 1.簡介 最近，為了滿足嚴格的燃料和溫室氣體排放標準，人們重新關注減少汽車行業的車輛重量。實現這一目標的一種方式是通過使用具有增強的強度重量比的材料使設計輕量化[1]。例如，已知具有高強度重量比的Al和Mg合金等材料在白車身生產中的用途增加。事實上，采用輕質材料，如鎂合金，可以在保持令人滿意的結構性能的同時大幅度降低車輛重量。然而，傳統的焊接技術，如廣泛用于連接傳統金屬如鋼的電阻點焊（RSW），難以用于連接鎂合金[1,2]。這個困難主要是由于鎂合金的高導電和導熱性[3]特性，導致高電流，因此可能導致不良的焊接質量。雖然存在許多替代連接技術，包括用于鎂合金的緊固件，但攪拌摩擦焊（FSW）非常適合用于鎂合金的連接[4]。 FSW是一種固態工藝，將溫度限制在材料熔點以下，因此大部分消除或顯著減少了諸如凝固，第二相形成，孔隙，脆化和開裂等問題[5]。此外，與熔焊相比，工藝溫度較低使得FSW接頭可以實現較低的變形和殘余應力[5]。 在汽車制造中，重疊是常用的聯合配置。在作為FSW變型的摩擦攪拌線性焊接（FSLW）中，可以將兩個片材以重疊配置進行組裝，如圖1所示。在該焊接配置中，旋轉工具被插入兩個當工具沿著焊接段橫向移動時，工具肩部與頂部薄板接觸，并且當工具縮回時完成搭接線性焊接[6]。由于材料流動和工具的行進方向，在重疊焊接中產生了兩個獨特的焊接特征：前進側;和翻新的一面。前進側（AS）是點速度更快（旋轉加平移）的工具側面，而后退側（RS）是銷速度更慢（旋轉減去平移）的工具側面 在FSLW中，AS的搭接面（接頭中的接觸面）通常保留在焊點的外部，并沿著焊點的邊界向上指向[7]。另一方面，RS曲線向上并終止于金塊。由于焊縫的AS側具有鉤狀形式，因此通常稱為鉤狀缺陷;然而，RS被稱為冷圈缺陷[7]。眾所周知，這些宏觀特征取決于刀具幾何形狀和焊接參數的組合。此外，還已經確定這些特征影響焊接強度并降低接頭載荷能力和/或影響裂紋成核和傳播[8]。由于這些宏觀特征的形成取決于工具和待連接件之間的摩擦產生的熱量，以及FSW過程中的物料流動，FSLW的特性高度依賴于刀具幾何形狀[6-10]。例如，Yang等人[6]研究了不同的刀具幾何形狀和工藝條件及其對AZ31鎂合金摩擦攪拌搭接焊縫剪切強度的影響。他們研究的關鍵結果之一是，當加載RS上的搭接接頭構造的頂部片材與AS上的加載時，達到更高的拉伸載荷。 Yuan等人的類似研究。 [8]評估了不同工具設計和焊接變量對AZ31鎂合金FSLW搭接接頭剪切強度的影響。在他們的研究中，他們發現與具有相同工藝參數的AS相比，接頭的RS實現了更高的載荷。然而，他們沒有探索RS和AS配置對疲勞行為的影響。 圖1.摩擦攪拌搭接焊接的試件布局; （a）退回側，（b）前進側 雖然已有少數研究集中在焊接參數對鎂合金FSLW靜態強度的影響，但據作者所知，片材堆積方向對疲勞性能的影響尚未被證實。因此，本文的目的是通過實驗和數值方法來量化堆積取向對通過FSLW連接的AZ31鎂合金疲勞特性的影響。 2.材料和實驗 對于這項研究，采用了商業級2mm厚的AZ31鎂合金板材，其包含標稱化學成分為Mg-3.0wt％Al-1.0wt％Zn，基材屈服強度為250MPa，強度為342 MPa [11]。為了焊接目的，將片材切割成75mm寬度和約1500mm長度。這些板以重疊配置組裝并且以2000rpm的轉速和4.6mm s -1的行進速度焊接。具有13mm直徑的凹形滾動臺肩，3.5mm長的三叉形螺紋銷， 4.7mm針尖直徑和6.0mm針根用于焊接剪切試樣。如圖1a和b所示，對于工具的相同行進方向和旋轉，待加載焊縫的側面根據片材相對于拉動方向的定向來限定。兩套FSLW在重疊配置中創建。兩組試樣之間的唯一區別是重疊定向（即頂部和底部片材的方向，以便在頂部片材的自由邊緣上具有前進或后退側）。圖2a顯示了試件的示意圖。焊接完成后，將FSLW搭接板切成30毫米寬，120毫米長的試件用于機械測試。圖2b顯示了面向RS和AS的試件的配置。 MTS伺服液壓載荷框架用于為每個片材堆垛配置執行搭接剪切拉伸測試（準靜態），以獲得由接頭進行的代表性平均極限載荷。根據配置測試三個試樣，并且在拉伸測試期間以1mm min -1的致動器速度使用60mm的抓握距離。對于疲勞試驗，在載荷控制條件下，在載荷比R = 0.1的正弦波形下，使用具有2.2kN稱重傳感器的MTS伺服液壓載框架中的相同抓握距離對試樣進行測試， 20赫茲。在準靜態和疲勞測試中都使用墊片，以避免測試樣品上附加的彎矩和負載。 圖2.（a）摩擦攪拌線性焊接（FSLW）搭接剪切試樣的配置。 （b）加載配置示意圖：撤退側（RS）和前進側（AS）。 尺寸以毫米為單位。 除了機械測試之外，本研究還進行了焊縫微觀結構分析和死后分析。機械未測試和測試的試樣平行于加載方向進行切片，冷固定在環氧樹脂中，研磨并拋光。最后的拋光是在乙二醇漿液中用氧化鋁0.05μm的氯丁橡膠墊完成的。為了表征微觀結構，使用由4.2g苦味酸，10ml乙酸，10ml H 2 O和70ml乙醇組成的溶液蝕刻安裝的試樣[12,13]。使用基于光學數字顯微鏡的Keyence VHX-1000來評估不同加載條件下焊縫特征的大小和形狀，有效片厚度和橫向裂紋擴展。使用裝配有電子背散射衍射檢測器（EBSD）的JEOL 7000掃描電子顯微鏡（SEM）進行FSLW試樣的微紋理特征。使用在乙醇中稀釋的H 3 PO 4（3：5比率）將所有樣品在3V下電拋光20秒。 EBSD分析使用20kV束電壓以0.9lm步進行。使用來自牛津儀器的AZTEC軟件獲取微紋理數據，并使用HKL通道5包進行后處理。 使用威爾遜硬度試驗機，在頂部和底部片材的橫截面上進行顯微硬度測量，增量大約為0.5mm。施加100g的持續時間為5s的負載以獲得焊接熔核上的維氏硬度（HV）。對于裂紋成核和傳播分析，在Jeol 7000 SEM中檢查疲勞試驗片的斷裂表面。 3.結果與討論 3.1幾何特征 FSLW試件的代表性橫截面如圖3所示。如前所述，前進側（AS）上的搭接表面通常表現出鉤的形狀并沿著熔核邊緣向上彎曲。在焊縫的另一側，退火側（RS）上的搭接面延伸穿過焊縫，朝向AS，這個特征通常稱為冷搭接特征[8]。這些不同的特征是在焊接之前在片材表面上捕獲的氧化物膜的結果。這些捕集的氧化膜特征取決于工具和工件材料之間的相對速度。由于刀具傾斜角度，旋轉刀具前面的材料被向上推動。在前端向上驅動的材料數量沿銷釘在旋轉方向[14-16]周圍流動，導致鉤特征向上指向（圖3b）。隨著這種材料流動在尾隨側減速，其積聚導致流離開工具銷[15]，從而導致向下指向的搭接特征，如圖3c所示。圖3d顯示了冷圈功能的峰值高度。 圖3.（a）重疊構造中代表性的摩擦攪拌直線焊接（FSLW）的橫截面視圖，其中AS是前進側，RS是后退側。 （b）AS的鉤掛特征的放大視圖，（c）攪拌器，（d）和RS中的冷搭接特征。 圖4.（a）摩擦攪拌線性焊接試樣橫截面的EBSD分析位置。 （b）BM（基材）和SZ（攪拌區）的反極圖。 （c）谷物尺寸分布圖。 3.2顯微組織和硬度 圖4顯示了EBSD測量結果的微觀結構特征。具體而言，反極圖（IPF）說明了晶粒取向以及FSLW試樣的晶粒尺寸分布。圖4a顯示了EBSD測量的位置。對于基材（BM）和攪拌區（SZ），都可以在圖4b中觀察到強烈的結構。這種強烈的質感是由于BM板材的軋制過程和SZ工具引起的大剪切變形造成的。最后，圖4c顯示了BZ和SZ之間的晶粒尺寸分布比較，其中SZ的平均晶粒尺寸僅比BZ略微更細。 圖5顯示了FSLW聯軸器的代表性硬度分布。橫軸表示焊縫熔核中心到毫米的距離。垂直軸表示測得的維氏（HV）硬度值。如圖5所示，與SZ的外緣相比，焊核中心顯示出更高的硬度。如圖5所示，整個焊縫的硬度值顯著變化。然而，FSLW的硬度分布從焊縫中心向外呈現對稱性，表明AS和RS具有相似的硬度值。此外，在焊縫的AS和RS中引發疲勞裂紋的區域的硬度測量值沒有顯著差異。這將在本文后面討論。 圖5.代表性的摩擦攪拌線性焊接試樣的顯微硬度分布測量。 基材硬度：59.82±2.69HV。 3.3 剪切拉伸行為 進行拉伸剪切拉伸試驗以評估AS和RS取向的接合強度，其中三種試樣在AS和RS取向都進行了測試。值得注意的是，在對AZ31鎂合金接頭的類似研究中，Yuanetal。 [8]在報道中，與在相同焊接參數下生產的AS相比，RS取向獲得更高的搭接剪切強度。而在這項研究中，焊接參數與袁等人的工作略有不同。 [8]，這項研究中關節表現的力學行為的趨勢是相似的。事實上，在這項研究中，RS的平均極限載荷大約比AS方向大50％。在RS和AS試樣的準靜態搭接剪切試驗下的典型載荷位移曲線如圖6所示。 圖6.翻新側（RS）和前進側（AS）取向試樣的FSLW搭接剪切試驗的代表性載荷與位移曲線。 關于在拉伸載荷下試樣的斷裂行為，斷裂試樣的代表性橫截面示于圖7中。圖7a-c示出了斷裂AS試樣的光學橫截面圖，而圖7d-f示出了光學斷裂RS試樣的橫截面圖。圖7b和e中光學圖像的較暗區域顯示了由于在單調加載條件下的大規模變形而導致的孿生分布。圖7c和f詳細顯示了孿生密度的高放大率。 Yang等人報道了類似的結果。[6]，這種類型的失敗是由于變形局部化，由斷裂表面附近的機械雙胞胎表示。 3.4 疲勞行為 圖8顯示了RS和AS方向上FSLW搭接剪切試樣的疲勞試驗的實驗結果。在這個圖中，垂直軸代表應用于接頭的載荷范圍，水平軸是相應的失效周期數，我們將失效定義為接頭完全分離。情節中的箭頭表示失控?？梢杂^察到，在相同的循環載荷下，RS取向與AS取向相比表現出優越的疲勞壽命。另外，圖8顯示了與AS定向相比RS的疲勞行為的幾乎線性偏移。這個結果表明與關節和疲勞行為的最終強度有很強的相關性，這將在本文后面討論。 關于疲勞載荷下試件的斷裂行為， 9和10顯示代表失敗試件的橫截面。為了澄清本研究的目的，我們將疲勞載荷分為低周疲勞（<10,000周期）和高周疲勞（> 10,000）的情況。 低循環疲勞狀態下失效試樣的橫截面示于圖9中。AS的低循環疲勞失效示于圖9a，其中失效發生在最大負荷2069N的503循環下。低如圖9d所示，RS的循環疲勞失效發生在2620次循環，最大負荷為2069N。在這兩種情況下，模式I直接通過攪拌區傳播并進入頂層表面，如圖9b和e所示。此外，由于塑性的較低嚴重程度，與單調加載相比，觀察到的孿生較少，詳見圖9c和f。 高周疲勞失效示于圖10中，其中圖10a中所示AS的失效發生在最大負荷371N處的353,589次循環。圖10d示出了最大437,661次循環處最大失效載荷為570N。重要的是要注意，在較低的施加振幅下，裂紋通過SZ和TMAZ之間的邊界以兩種條件下的混合模式（I + II）行為傳播，并且沒有光學觀察到孿生的證據如圖10b和e所示。圖10c和f詳細顯示了多個裂紋擴展方向。另外，觀察到在低周疲勞樣品中未觀察到的裂紋分支。這可能表明由于焊接過程而導致的相對較低的殘余應力對疲勞壽命的行為沒有顯著影響，如圖8所示。 圖11和12顯示了AS和RS取向試樣的疲勞斷裂表面的SEM圖像。圖11a示出了AS，其中在最大負荷為580N的情況下發生在43668次循環處的失效。棘輪標記表明在鉤尖的多個位置處開始裂紋，然后朝著頂部表面朝著由白色箭頭。通過分析接近鉤尖的區域（圖11d）的裂紋萌生和距鉤尖一定距離處的穩定裂紋擴展區域（圖11b）進行了進一步評估。還要注意的是，如圖11e所示，靠近鉤尖的區域的條紋間距較小，而在遠離鉤尖的區域的條紋間距較大，如圖11c所示。這些結果與前面提出的裂紋萌生位置和裂紋擴展方向一致。 圖7：加載在（a）前進側，（d）后退側上的失敗的搭接剪切試樣。 （b）前進側，（e）后退側。 詳細顯示機械纏繞的較高倍率圖像：（c）前進側，（f）后退側。 圖8.載荷范圍與在載荷比率R = 0.1下測試的FSLW搭接剪切試樣的破壞循環次數的實驗結果。 圖9：加載在（a）前進側（503次循環），（d）后退側（2620次循環）上的斷裂低周疲勞試樣的代表性橫截面圖。 通過攪拌區的裂紋生長路徑的放大視圖：（b）前進側：（e）退回。 （c）前進側，（f）后退側。 載荷比是R = 0.1。 圖10：加載在（a）前進側（失效353,589次循環），（d）后退側（失效437,661次循環）上的斷裂高循環疲勞試樣的代表性橫截面圖。 在攪拌區和熱機械影響區之間生長的裂紋路徑的放大視圖：（b）前進側：（e）后退側。 二次裂紋的高放大視圖：（c）前進側，（f）后退側。 載荷比是R = 0.1。 （a） AS的代表性斷裂表面，其中發生破壞的次數為（4368次），（b）距離裂紋萌生位置較遠的斷裂面，（c）較大的條紋間距，（d）裂紋附近的斷裂面 （e）和小條紋間距的例子。 （a）RS的典型斷裂面，在432,166個周期失效，（b）距裂紋萌生相對較遠的斷裂面，（c）較大的條紋間距，（d）裂紋萌生附近的斷裂面，（e） 和小條紋間距。 在圖12a中，RS試件在最大負荷為570N時在432,166次循環中失效。裂紋成核和傳播與AS和RS相比非常類似，但棘輪標記表明多個裂紋起始位置沿著RS。前面提到的裂紋朝向頂部片材的自由表面傳播，并且由圖12a中的白色箭頭表示。圖12還顯示了接近接合表面（圖12d）并離其較遠的區域的分析（圖12b）。與AS試樣相似，如圖12e所示，靠近搭接面的區域的條紋間距很小，而在圖12c中可以看到較大的條紋間距，因此支持所提出的裂紋萌生位置和裂紋擴展方向為RS。 圖13.最大循環載荷的實驗結果，其由準靜態拉伸結果獲得的平均峰值拉伸載荷相對于載荷比R = 0.1時試樣破壞的循環次數進行歸一化。 由于FSLW試件的事后分析顯示出類似的故障特征，故障周期數的差異可能與宏功能的幾何結構有關，即AS和RS功能。此外，正如本研究和其他地方所證實的，FSLW接頭的靜態強度也與這些宏觀特征相關。為了檢驗RS和AS方向的穩態和疲勞強度可以相互關聯的假設，圖8所示的疲勞結果通過將施加的疲勞載荷歸一化為相應的最終靜態如圖13所示，RS和AS方向的搭接剪切強度。因此，可以清楚地觀察到，圖13中AS和RS的歸一化曲線幾乎折疊成一條曲線（注意，由于在這些試件中沒有發生實際故障，所以沒有顯示出數據點）。這是重要的，因為它表明對于類似Mg合金的FSLW，與堆積方向有關的疲勞差異似乎與接頭的靜態搭接剪切強度直接相關。此外，這些歸一化結果還表明，在產品開發階段，如果兩者的靜態強度都已知，工程師只需對其中一個關節方向進行疲勞測試。然而，需要進行更多的不同焊接參數和附加材料的實驗來驗證這一假設。 4.疲勞模擬 為了進一步檢驗AS和RS的疲勞行為差異與FSLW的幾何特征有關的假設，進行了有限元計算。由于FSLW試件具有對稱平面，商業代碼FRANC2D被用于在平面應變計算下使用線性彈性斷裂力學來計算AS和RS特征的應力強度因子。 AZ31鎂合金的材料卡被定義為彈性和各向同性的，楊氏模量為45GPa，泊松比為0.35，厚度為30mm。使用DIRECT STIFF選項進行分析，該選項使用直接消除（高斯消除）解算器執行線性彈性應力分析。首先，對于無預定裂紋的AS和RS配置，進行FSLW試樣的單調搭接拉伸拉伸。元素被定義為第二階Q8四邊形元素，平均元素尺寸為0.2×0.2 mm。這些計算的結果顯示了疲勞載荷下應力提升器位于搭接處的位置。接下來，在這些峰值應力的位置處產生初始裂紋，以啟動裂紋生長。值得注意的是，由于觀察到的鉤掛和冷搭接特征，我們假設疲勞裂紋孵育階段是可忽略的。這種假設被廣泛接受用于焊接接頭，特別是在AZ31鎂合金[4,12]和不同的鎂鋁合金搭接接頭[17]的攪拌摩擦點焊上具有類似的疲勞工作。對于有限元計算，將恒定分布載荷作為牽引力來獲得疲勞曲線。初始裂紋被定義為非內聚性的，具有從邊緣開始的正常無牽引裂紋表面，并且裂紋表面之間的接觸未被定義，因為它們不相互作用。初始裂紋長度在加載方向45°處設定為3.59×10 3 mm，裂紋尖端區域周圍有二階T6三角形單元。為了澄清目的，并且裂縫增長計算中使用的初始裂縫如圖14a所示，并且裂縫尖端的放大視圖如圖14b所示。 圖14.（a）推進側試樣的初始裂紋的網格和（b）裂紋尖端的放大視圖。 （c）最終裂紋網格的總體視圖，以及（d）傳播裂紋的放大視圖。 使用FRANC2D解算器中包含的預定義裂縫擴展和自動重新網格劃分功能，裂縫自動增長。使用此選項，裂紋會在最大的環向應力方向上自動增長，并且不會由用戶確定預先定義的路徑。在這項研究中，裂紋擴展不是每個周期計算的，而是裂紋長度以預定增量2.54×10 2 mm擴展，這是FRANC2D允許的最小增量大小。在每個步驟中，新的裂紋延伸由2個單元創建，應力強度計算為裂紋長度的函數。圖14c中顯示了隨著裂紋在AS取向樣品中生長時最終裂紋擴展的例子，其中放大了圖14d所示最終裂紋的視圖。如圖14d所示，當裂紋尖端接近自由表面時，模擬停止。使用最小裂縫擴展，RS需要總共43個步驟，AS需要45個步驟。對于RS，初始裂紋和裂紋擴展的嚙合類似于AS，但為了簡潔起見未示出。為了清楚起見，具有模擬邊界條件的總體搭接剪切試樣在AS定向的圖15a中示出，并且在RS定向的圖15d中示出。由于模型定義（2-D，平面應變），所有節點都被限制在平面外方向（z軸）上。虛擬耦合的左端受到各個方向的限制。另一端在垂直方向（y軸）上受約束，并且在水平方向（x軸）上施加載荷。裂紋生長模擬后得到的變形網格如圖15b和e所示，其中結果分別與AS和RS構型的實驗斷裂試樣的橫截面進行視覺比較?？梢杂^察到，預測的裂紋路徑與斷裂的低周疲勞樣本明顯吻合。我們注意到，對于高周疲勞樣品，疲勞裂紋沿SZ和TMAZ界面延伸，如圖10所示。因此我們承認，模擬結果沒有捕獲到這種混合模式的裂縫路徑。然而，我們注意到如圖10所示，在AS和RS中都觀察到了類似的混合模式斷裂，因此對疲勞計算有貢獻的任何錯誤都同樣適用于兩種取向。 一旦應力強度因子被確定為裂紋擴展的函數，巴黎模型被用于估計AS和RS堆疊取向的疲勞壽命，以便與實驗結果進行比較。由于我們假設裂紋萌生階段可忽略不計，因此使用裂紋擴展模型來預測FSLW搭接接頭的循環次數似乎是合理的。此外，一種簡單的巴黎式方法將有助于闡明AS和RS配置在疲勞中的下劃線關系，并且使用具有更多輸入變量的疲勞模型可能會更困難。巴黎法則公式如方程（1） 圖15.（a）初始有限元網格，帶有前進側負載試件的邊界條件。 （b）裂紋擴展后的變形網格和c）與前進側的實驗觀察結果的比較。 （d）初始有限元網格，其邊界條件為退回側負載試樣。 （e）裂紋擴展后的變形網格和（f）與退火側的實驗觀察結果的比較。 圖16.實驗疲勞結果與計算的AS和RS定向FSLW試樣的循環失敗次數的比較。 負載率R = 0.1。 由于在這項研究中，我們計算了與每個步驟的裂紋長度相對應的應力強度因子（即裂紋增量），可以通過重新排列等式來計算將裂紋擴展到任何步驟所需的周期數。 （1）被納入以下內容： 其中i是裂紋增量，K是應力強度因子。圖16顯示了實驗結果和估計疲勞壽命之間的比較。（2），其中RS = i = 43，AS = i = 45。重要的是要注意，循環次數沒有為跳動負載計算，因為假定這些負載處于閾值狀態，其中疲勞裂紋有效地不傳播。但是，我們承認這一假設可能過于寬泛和更加前衛。 雖然我們觀察到實驗結果與假設模式I傳播的低周疲勞樣本的預測周期數之間的非常好的相關性，但在高周期狀態下，模式I的假設可能并不完全準確。如前所述，如圖10所示，高循環疲勞狀態下的樣品似乎以混合模式（I + II）傳播，如圖9所示的低循環疲勞樣品清楚地模式I這似乎可能是由于裂紋走向阻力最小的路徑，這在高周疲勞的情況下是SZ和TMZ之間的邊界。由于在高周期狀態下的驅動力較低，所以疲勞裂紋遠離優選的模式I傳播的事實似乎是合理的。此外，這種較低的驅動力也導致多裂紋擴展，這在圖10中觀察到。我們進一步承認，在疲勞計算中包括混合模式方法可能會提高高周疲勞預測和是未來工作的重點。 模型和實驗結果之間的另一個可能的誤差來源與使用BM疲勞裂紋擴展材料特性有關。事實上，這是使用裂紋擴展方法來攪拌摩擦焊接接頭的主要缺點之一，因為C和m參數通常是未知的。據我們所知，我們并不知道任何測量AZ31鎂合金的C和m值的文獻。因此，我們假設，和其他一樣，基材的C和m與攪拌區相似，并且可用于計算故障循環次數。但是，因為我們對此比較感興趣。 在AS和RS之間，從而測試焊縫的宏觀特征對機械性能有很大影響的假設，因此不使用FSW數據中的C和m值的任何誤差都可以同時應用于兩個方向。 一般來說，疲勞計算與實驗結果相結合表明，FSLW試樣的疲勞壽命主要取決于與掛鉤和冷搭接特征相關的宏觀特征，而較少依賴于焊縫特征微觀結構的變化。 5.結論 研究堆疊取向對AZ31鎂合金FSLW疲勞機理的影響。提供以下摘要： 1.對FSLW AZ31鎂合金進行金相分析，目的是表征未經測試的試樣的晶粒尺寸和紋理。 EBSD結果表明基材和攪拌區具有高質地，而具有相似的顆粒形態。 2.進行硬度測量以確定焊縫中的變化。硬度測量表明前進側掛鉤和退縮側冷搭接特征具有類似的微觀結構。 3.力學測試的結果顯示，后退側定向搭接接頭與前進側（增加高于50％）和疲勞壽命（高達一個數量級）相比表現出優越的靜態強度。通過搭接接頭的極限強度對實驗疲勞結果進行標準化，使疲勞曲線崩潰。疲勞行為與極限強度的相關性表明，如果兩者的靜態強度都已知，則只需對其中一個方向進行疲勞測試。 4.線彈性斷裂力學（LEFM）被用來預測前進和后退側向搭接接頭的疲勞壽命。事實上，本文中使用的斷裂力學方法基本上是一個盲計算（不對參數進行微調），這對于將兩個方向的循環次數與失效次數的差值關聯起來非常準確。用于模擬搭接頭疲勞壽命的斷裂力學方法的結果表明，所觀察到的性能差異與摩擦攪拌線性焊接的前進和后退側的幾何特征密切相關 致謝 作者希望認識到美國汽車材料合作伙伴關系（USAMP）鎂前端研發項目，包括Joy Forsmark，Robert McCune，李永立，郭cha超和AK Khosrovaneh的有益討論。該材料基于美國國家能源技術實驗室能源部支持的工作，編號為DE-EE0005660。本報告是作為美國政府機構資助的報告編寫的。美國政府或其任何代理機構及其任何員工均未對所披露的任何信息，儀器，產品或過程的準確性，完整性或實用性作出任何明示或默示的保證，或承擔任何法律責任或義務或者表示其使用不會侵犯私人擁有的權利。此處提及的任何特定商業產品，工藝或服務（按商品名稱，商標，制造商或其他方式）并不一定構成或暗示其對美國政府或其任何機構的認可，推薦或青睞。作者在此表達的觀點和意見不一定表述或反映美國政府或其任何機構的觀點和意見。此類支持不構成能源部認可的工作或本文表達的觀點。這項工作利用了由阿拉巴馬大學支持的中央分析機構擁有和維護的資源。