基于多层研究的铝合金2017A和7075异种摩擦焊缝特性
搅拌摩擦焊技术用于焊接铝合金和化学成分和微观结构不同的材料，例如铝铜和铝钢。
摩擦焊的主要优点是该工艺在固态下进行，并且与传统焊接相比，材料暴露在更少的热量中。但由于沉淀物结构的变化，Al-Mg-Zn合金在热影响区中往往会失去强度。
这些材料的沉淀强化，主要通过GP区和亚稳稳定MgZn。稳定相的过渡相发生在300°C以下。
这些材料在焊接过程中很容易受到过饱和，特别是在摩擦焊接头的中间点，老化的速度非常快。
宏观结构分析显示传统摩擦焊接头的典型要素：缺乏对称性，通过再结晶过程转换的前进侧区域的清晰划定边界和退缩侧的微观结构的柔和变化，主要由位于前进侧的合金组成的可见焊块，以及通过再结晶转化的焊缝中间部分。
焊缝层的微观结构包含许多具有清晰标记边界的离散区域。从左侧观察时，焊缝由母材、HAZ和热机械影响区，以及引脚工作场所的区域。
微观结构的相当精确图像是由于分析的宏观结构是用光学显微镜拍摄的32张图像的合成。
在焊缝表面附近，材料在结构上是异质的，微观结构的不同区域具有尖锐的边界。很难指出材料微观结构的明确原因。
但是，可以考虑焊接过程中不断变化的条件，这可能是由于板形状的缺陷造成的。
这些类型的微观结构元素在不同铝合金的接头中没有被鉴定。由于层的尺寸很小，并且它们的位置靠近样品的边缘，在横截面上检查它们非常困难。
除了微观结构研究外，还对静态拉伸试验中破碎的样品的表面微观结构进行了研究。测试是使用SEM进行的。
样品破裂的地方与焊接前的接触片重合。样品的特点是该区域的强度最低，因为该工具没有在焊缝的整个横截面上搅拌材料。
使用SEM观察焊缝的后退侧。骨折主要是延展性的，但程度有限。这与包括铝合金在内的不同 FSW 焊缝有关。
在中间部分，表面光滑的区域可见没有塑性变形的迹象。这意味着这些区域的内聚力相对于周围材料的屈服强度要小得多。
表面是单独存在的合金之间的边界。在这种情况下，断裂上的可见区域可能由合金5A包围的合金7075或这些合金的混合物组成。这一结论来自对位于裂缝中的颗粒的SEM-EDS分析，颗粒中主要含有Al和Cu。
摩擦焊缝横截面上的显微硬度分布是一种经过认可且广泛使用的方法，用于揭示各个焊缝区域的机械行为。
在静态拉伸测试中确定样品通常破裂的最薄弱区域的硬度。因此，进行了显微硬度测量以研究焊缝的机械性能。分析了L1-L5层和另外两层。
焊缝块和焊缝根部附近的层的硬度分布表明前进侧的硬度更高。但是，焊缝两侧报告的硬度值小于母材的硬度，这意味着相对于母材的微观结构变化不能提供材料的最佳强化。
靠近焊缝表面表现出两侧的最高硬度。该层的高硬度可以用摩擦焊工具肩部撞击引起的大塑性变形来解释。在焊缝的后退侧，高硬度也受到这一侧7075合金的很大一部分的影响。
在焊接过程中发生过饱和的区域，合金将趋于硬化。受较低温度影响且塑性不变形的区域只会由于部分转变为稳定相而显示出减弱的趋势。
这涉及高度精细的分散强化GP区的消失，与基质的相干性丧失以及可能的部分凝固。
在L4层中，在合金7075所在的焊缝后退侧观察到更高的硬度。在合金 2017A 中，无论是在 FSW 工具直接混合的区域还是在焊块下方，硬度都会降低（平均 125 HV）。
这意味着焊接过程中发生的条件不会导致材料的强化，甚至是削弱母材中存在的强化机制的原因。
在焊缝表面附近的层中，摩擦焊工具导致材料混合，但程度有限。由两种合金组成的结构区域主要位于焊缝推进侧的材料。
它的宽度对应于放置在该材料中的摩擦焊工具的宽度。除此之外，观察到的是这些区域发生在焊缝中间的事实，这也证实了焊接条件是不同的。
在焊缝中间，在前进侧，材料的流动方向与热机械影响区内FSW工具的旋转方向相反，因此与材料直接搅拌区域中的物料流动方向相反。
将材料运输到焊块会产生三种类型的区域：包含合金 2017A 的单独体积、包含合金 7075 的单独体积以及包含合金混合物的地方。这些区域的边界可以是平面，它们的内聚力较小，这使得破解方式更容易。
焊接过程导致焊缝内材料的硬度发生显着变化。焊接过程中的条件导致合金7075在塑性变形区域内有加强的趋势，而在热影响区，它的硬度显着下降。靠近焊缝表面的区域比靠近焊缝根部的区域具有更高的硬度。
