机械外文文献翻译-重叠定向对镁合金板料搅拌摩擦焊缝疲劳行为的影响【中文8980字】【PDF+中文WORD】

机械外文文献翻译-重叠定向对镁合金板料搅拌摩擦焊缝疲劳行为的影响【中文8980字】【PDF+中文WORD】,中文8980字,PDF+中文WORD,机械,外文,文献,翻译,重叠,定向,镁合金,板料,搅拌,摩擦,焊缝,疲劳,行为,影响,中文,8980,PDF,WORD 重叠定向对镁合金板料搅拌摩擦焊缝疲劳行为的影响 J.F.C. Moraes ，R.I. Rodriguez ，J.B. Jordon ，X. Su 美国阿拉巴马大学机械工程系，AL 35401， 美国福特汽车公司，MI 48124， 文章历史： 2016年9月22日收到 以修订形式收到2017年1月23日2017年2月19日接受 2017年2月21日在线提供 关键词： 疲劳 摩擦搅拌焊接镁的断裂 摘要 在这项工作中，我们调查了镁合金AZ31摩擦搅拌线圈焊接时片材堆积方向对疲劳行为的影响。众所周知，在摩擦搅拌焊接过程中，由于工具产生的材料的前进和后退流动产生不对称的焊接特征，导致各向同性的机械行为。如此，在2mm厚的片材上进行搭接接头的摩擦搅拌焊接，其中试样的拉动方向相对于工具旋转方向改变方向。随后进行实验性疲劳测试以评估片层叠取向对循环行为的这种影响。疲劳结果表明，与前进侧相比，装载在后退侧上的搭接接头表现出优越的性能。验后分析结合有限元分析结果表明，由推进和后退材料流产生的接合表面的几何形状在很大程度上决定了这些摩擦搅拌线性焊接搭接接头的破坏循环次数。 1.简介 最近，为了满足严格的燃料和温室气体排放标准，人们重新关注减少汽车行业的车辆重量。实现这一目标的一种方式是通过使用具有增强的强度重量比的材料使设计轻量化[1]。例如，已知具有高强度重量比的Al和Mg合金等材料在白车身生产中的用途增加。事实上，采用轻质材料，如镁合金，可以在保持令人满意的结构性能的同时大幅度降低车辆重量。然而，传统的焊接技术，如广泛用于连接传统金属如钢的电阻点焊（RSW），难以用于连接镁合金[1,2]。这个困难主要是由于镁合金的高导电和导热性[3]特性，导致高电流，因此可能导致不良的焊接质量。虽然存在许多替代连接技术，包括用于镁合金的紧固件，但搅拌摩擦焊（FSW）非常适合用于镁合金的连接[4]。 FSW是一种固态工艺，将温度限制在材料熔点以下，因此大部分消除或显着减少了诸如凝固，第二相形成，孔隙，脆化和开裂等问题[5]。此外，与熔焊相比，工艺温度较低使得FSW接头可以实现较低的变形和残余应力[5]。 在汽车制造中，重叠是常用的联合配置。在作为FSW变型的摩擦搅拌线性焊接（FSLW）中，可以将两个片材以重叠配置进行组装，如图1所示。在该焊接配置中，旋转工具被插入两个当工具沿着焊接段横向移动时，工具肩部与顶部薄板接触，并且当工具缩回时完成搭接线性焊接[6]。由于材料流动和工具的行进方向，在重叠焊接中产生了两个独特的焊接特征：前进侧;和翻新的一面。前进侧（AS）是点速度更快（旋转加平移）的工具侧面，而后退侧（RS）是销速度更慢（旋转减去平移）的工具侧面 在FSLW中，AS的搭接面（接头中的接触面）通常保留在焊点的外部，并沿着焊点的边界向上指向[7]。另一方面，RS曲线向上并终止于金块。由于焊缝的AS侧具有钩状形式，因此通常称为钩状缺陷;然而，RS被称为冷圈缺陷[7]。众所周知，这些宏观特征取决于刀具几何形状和焊接参数的组合。此外，还已经确定这些特征影响焊接强度并降低接头载荷能力和/或影响裂纹成核和传播[8]。由于这些宏观特征的形成取决于工具和待连接件之间的摩擦产生的热量，以及FSW过程中的物料流动，FSLW的特性高度依赖于刀具几何形状[6-10]。例如，Yang等人[6]研究了不同的刀具几何形状和工艺条件及其对AZ31镁合金摩擦搅拌搭接焊缝剪切强度的影响。他们研究的关键结果之一是，当加载RS上的搭接接头构造的顶部片材与AS上的加载时，达到更高的拉伸载荷。 Yuan等人的类似研究。 [8]评估了不同工具设计和焊接变量对AZ31镁合金FSLW搭接接头剪切强度的影响。在他们的研究中，他们发现与具有相同工艺参数的AS相比，接头的RS实现了更高的载荷。然而，他们没有探索RS和AS配置对疲劳行为的影响。 图1.摩擦搅拌搭接焊接的试件布局; （a）退回侧，（b）前进侧 虽然已有少数研究集中在焊接参数对镁合金FSLW静态强度的影响，但据作者所知，片材堆积方向对疲劳性能的影响尚未被证实。因此，本文的目的是通过实验和数值方法来量化堆积取向对通过FSLW连接的AZ31镁合金疲劳特性的影响。 2.材料和实验 对于这项研究，采用了商业级2mm厚的AZ31镁合金板材，其包含标称化学成分为Mg-3.0wt％Al-1.0wt％Zn，基材屈服强度为250MPa，强度为342 MPa [11]。为了焊接目的，将片材切割成75mm宽度和约1500mm长度。这些板以重叠配置组装并且以2000rpm的转速和4.6mm s -1的行进速度焊接。具有13mm直径的凹形滚动台肩，3.5mm长的三叉形螺纹销， 4.7mm针尖直径和6.0mm针根用于焊接剪切试样。如图1a和b所示，对于工具的相同行进方向和旋转，待加载焊缝的侧面根据片材相对于拉动方向的定向来限定。两套FSLW在重叠配置中创建。两组试样之间的唯一区别是重叠定向（即顶部和底部片材的方向，以便在顶部片材的自由边缘上具有前进或后退侧）。图2a显示了试件的示意图。焊接完成后，将FSLW搭接板切成30毫米宽，120毫米长的试件用于机械测试。图2b显示了面向RS和AS的试件的配置。 MTS伺服液压载荷框架用于为每个片材堆垛配置执行搭接剪切拉伸测试（准静态），以获得由接头进行的代表性平均极限载荷。根据配置测试三个试样，并且在拉伸测试期间以1mm min -1的致动器速度使用60mm的抓握距离。对于疲劳试验，在载荷控制条件下，在载荷比R = 0.1的正弦波形下，使用具有2.2kN称重传感器的MTS伺服液压载框架中的相同抓握距离对试样进行测试， 20赫兹。在准静态和疲劳测试中都使用垫片，以避免测试样品上附加的弯矩和负载。 图2.（a）摩擦搅拌线性焊接（FSLW）搭接剪切试样的配置。 （b）加载配置示意图：撤退侧（RS）和前进侧（AS）。 尺寸以毫米为单位。 除了机械测试之外，本研究还进行了焊缝微观结构分析和死后分析。机械未测试和测试的试样平行于加载方向进行切片，冷固定在环氧树脂中，研磨并抛光。最后的抛光是在乙二醇浆液中用氧化铝0.05μm的氯丁橡胶垫完成的。为了表征微观结构，使用由4.2g苦味酸，10ml乙酸，10ml H 2 O和70ml乙醇组成的溶液蚀刻安装的试样[12,13]。使用基于光学数字显微镜的Keyence VHX-1000来评估不同加载条件下焊缝特征的大小和形状，有效片厚度和横向裂纹扩展。使用装配有电子背散射衍射检测器（EBSD）的JEOL 7000扫描电子显微镜（SEM）进行FSLW试样的微纹理特征。使用在乙醇中稀释的H 3 PO 4（3：5比率）将所有样品在3V下电抛光20秒。 EBSD分析使用20kV束电压以0.9lm步进行。使用来自牛津仪器的AZTEC软件获取微纹理数据，并使用HKL通道5包进行后处理。 使用威尔逊硬度试验机，在顶部和底部片材的横截面上进行显微硬度测量，增量大约为0.5mm。施加100g的持续时间为5s的负载以获得焊接熔核上的维氏硬度（HV）。对于裂纹成核和传播分析，在Jeol 7000 SEM中检查疲劳试验片的断裂表面。 3.结果与讨论 3.1几何特征 FSLW试件的代表性横截面如图3所示。如前所述，前进侧（AS）上的搭接表面通常表现出钩的形状并沿着熔核边缘向上弯曲。在焊缝的另一侧，退火侧（RS）上的搭接面延伸穿过焊缝，朝向AS，这个特征通常称为冷搭接特征[8]。这些不同的特征是在焊接之前在片材表面上捕获的氧化物膜的结果。这些捕集的氧化膜特征取决于工具和工件材料之间的相对速度。由于刀具倾斜角度，旋转刀具前面的材料被向上推动。在前端向上驱动的材料数量沿销钉在旋转方向[14-16]周围流动，导致钩特征向上指向（图3b）。随着这种材料流动在尾随侧减速，其积聚导致流离开工具销[15]，从而导致向下指向的搭接特征，如图3c所示。图3d显示了冷圈功能的峰值高度。 图3.（a）重叠构造中代表性的摩擦搅拌直线焊接（FSLW）的横截面视图，其中AS是前进侧，RS是后退侧。 （b）AS的钩挂特征的放大视图，（c）搅拌器，（d）和RS中的冷搭接特征。 图4.（a）摩擦搅拌线性焊接试样横截面的EBSD分析位置。 （b）BM（基材）和SZ（搅拌区）的反极图。 （c）谷物尺寸分布图。 3.2显微组织和硬度 图4显示了EBSD测量结果的微观结构特征。具体而言，反极图（IPF）说明了晶粒取向以及FSLW试样的晶粒尺寸分布。图4a显示了EBSD测量的位置。对于基材（BM）和搅拌区（SZ），都可以在图4b中观察到强烈的结构。这种强烈的质感是由于BM板材的轧制过程和SZ工具引起的大剪切变形造成的。最后，图4c显示了BZ和SZ之间的晶粒尺寸分布比较，其中SZ的平均晶粒尺寸仅比BZ略微更细。 图5显示了FSLW联轴器的代表性硬度分布。横轴表示焊缝熔核中心到毫米的距离。垂直轴表示测得的维氏（HV）硬度值。如图5所示，与SZ的外缘相比，焊核中心显示出更高的硬度。如图5所示，整个焊缝的硬度值显着变化。然而，FSLW的硬度分布从焊缝中心向外呈现对称性，表明AS和RS具有相似的硬度值。此外，在焊缝的AS和RS中引发疲劳裂纹的区域的硬度测量值没有显着差异。这将在本文后面讨论。 图5.代表性的摩擦搅拌线性焊接试样的显微硬度分布测量。 基材硬度：59.82±2.69HV。 3.3 剪切拉伸行为 进行拉伸剪切拉伸试验以评估AS和RS取向的接合强度，其中三种试样在AS和RS取向都进行了测试。值得注意的是，在对AZ31镁合金接头的类似研究中，Yuanetal。 [8]在报道中，与在相同焊接参数下生产的AS相比，RS取向获得更高的搭接剪切强度。而在这项研究中，焊接参数与袁等人的工作略有不同。 [8]，这项研究中关节表现的力学行为的趋势是相似的。事实上，在这项研究中，RS的平均极限载荷大约比AS方向大50％。在RS和AS试样的准静态搭接剪切试验下的典型载荷位移曲线如图6所示。 图6.翻新侧（RS）和前进侧（AS）取向试样的FSLW搭接剪切试验的代表性载荷与位移曲线。 关于在拉伸载荷下试样的断裂行为，断裂试样的代表性横截面示于图7中。图7a-c示出了断裂AS试样的光学横截面图，而图7d-f示出了光学断裂RS试样的横截面图。图7b和e中光学图像的较暗区域显示了由于在单调加载条件下的大规模变形而导致的孪生分布。图7c和f详细显示了孪生密度的高放大率。 Yang等人报道了类似的结果。[6]，这种类型的失败是由于变形局部化，由断裂表面附近的机械双胞胎表示。 3.4 疲劳行为 图8显示了RS和AS方向上FSLW搭接剪切试样的疲劳试验的实验结果。在这个图中，垂直轴代表应用于接头的载荷范围，水平轴是相应的失效周期数，我们将失效定义为接头完全分离。情节中的箭头表示失控。可以观察到，在相同的循环载荷下，RS取向与AS取向相比表现出优越的疲劳寿命。另外，图8显示了与AS定向相比RS的疲劳行为的几乎线性偏移。这个结果表明与关节和疲劳行为的最终强度有很强的相关性，这将在本文后面讨论。 关于疲劳载荷下试件的断裂行为， 9和10显示代表失败试件的横截面。为了澄清本研究的目的，我们将疲劳载荷分为低周疲劳（<10,000周期）和高周疲劳（> 10,000）的情况。 低循环疲劳状态下失效试样的横截面示于图9中。AS的低循环疲劳失效示于图9a，其中失效发生在最大负荷2069N的503循环下。低如图9d所示，RS的循环疲劳失效发生在2620次循环，最大负荷为2069N。在这两种情况下，模式I直接通过搅拌区传播并进入顶层表面，如图9b和e所示。此外，由于塑性的较低严重程度，与单调加载相比，观察到的孪生较少，详见图9c和f。 高周疲劳失效示于图10中，其中图10a中所示AS的失效发生在最大负荷371N处的353,589次循环。图10d示出了最大437,661次循环处最大失效载荷为570N。重要的是要注意，在较低的施加振幅下，裂纹通过SZ和TMAZ之间的边界以两种条件下的混合模式（I + II）行为传播，并且没有光学观察到孪生的证据如图10b和e所示。图10c和f详细显示了多个裂纹扩展方向。另外，观察到在低周疲劳样品中未观察到的裂纹分支。这可能表明由于焊接过程而导致的相对较低的残余应力对疲劳寿命的行为没有显着影响，如图8所示。 图11和12显示了AS和RS取向试样的疲劳断裂表面的SEM图像。图11a示出了AS，其中在最大负荷为580N的情况下发生在43668次循环处的失效。棘轮标记表明在钩尖的多个位置处开始裂纹，然后朝着顶部表面朝着由白色箭头。通过分析接近钩尖的区域（图11d）的裂纹萌生和距钩尖一定距离处的稳定裂纹扩展区域（图11b）进行了进一步评估。还要注意的是，如图11e所示，靠近钩尖的区域的条纹间距较小，而在远离钩尖的区域的条纹间距较大，如图11c所示。这些结果与前面提出的裂纹萌生位置和裂纹扩展方向一致。 图7：加载在（a）前进侧，（d）后退侧上的失败的搭接剪切试样。 （b）前进侧，（e）后退侧。 详细显示机械缠绕的较高倍率图像：（c）前进侧，（f）后退侧。 图8.载荷范围与在载荷比率R = 0.1下测试的FSLW搭接剪切试样的破坏循环次数的实验结果。 图9：加载在（a）前进侧（503次循环），（d）后退侧（2620次循环）上的断裂低周疲劳试样的代表性横截面图。 通过搅拌区的裂纹生长路径的放大视图：（b）前进侧：（e）退回。 （c）前进侧，（f）后退侧。 载荷比是R = 0.1。 图10：加载在（a）前进侧（失效353,589次循环），（d）后退侧（失效437,661次循环）上的断裂高循环疲劳试样的代表性横截面图。 在搅拌区和热机械影响区之间生长的裂纹路径的放大视图：（b）前进侧：（e）后退侧。 二次裂纹的高放大视图：（c）前进侧，（f）后退侧。 载荷比是R = 0.1。 （a） AS的代表性断裂表面，其中发生破坏的次数为（4368次），（b）距离裂纹萌生位置较远的断裂面，（c）较大的条纹间距，（d）裂纹附近的断裂面 （e）和小条纹间距的例子。 （a）RS的典型断裂面，在432,166个周期失效，（b）距裂纹萌生相对较远的断裂面，（c）较大的条纹间距，（d）裂纹萌生附近的断裂面，（e） 和小条纹间距。 在图12a中，RS试件在最大负荷为570N时在432,166次循环中失效。裂纹成核和传播与AS和RS相比非常类似，但棘轮标记表明多个裂纹起始位置沿着RS。前面提到的裂纹朝向顶部片材的自由表面传播，并且由图12a中的白色箭头表示。图12还显示了接近接合表面（图12d）并离其较远的区域的分析（图12b）。与AS试样相似，如图12e所示，靠近搭接面的区域的条纹间距很小，而在图12c中可以看到较大的条纹间距，因此支持所提出的裂纹萌生位置和裂纹扩展方向为RS。 图13.最大循环载荷的实验结果，其由准静态拉伸结果获得的平均峰值拉伸载荷相对于载荷比R = 0.1时试样破坏的循环次数进行归一化。 由于FSLW试件的事后分析显示出类似的故障特征，故障周期数的差异可能与宏功能的几何结构有关，即AS和RS功能。此外，正如本研究和其他地方所证实的，FSLW接头的静态强度也与这些宏观特征相关。为了检验RS和AS方向的稳态和疲劳强度可以相互关联的假设，图8所示的疲劳结果通过将施加的疲劳载荷归一化为相应的最终静态如图13所示，RS和AS方向的搭接剪切强度。因此，可以清楚地观察到，图13中AS和RS的归一化曲线几乎折叠成一条曲线（注意，由于在这些试件中没有发生实际故障，所以没有显示出数据点）。这是重要的，因为它表明对于类似Mg合金的FSLW，与堆积方向有关的疲劳差异似乎与接头的静态搭接剪切强度直接相关。此外，这些归一化结果还表明，在产品开发阶段，如果两者的静态强度都已知，工程师只需对其中一个关节方向进行疲劳测试。然而，需要进行更多的不同焊接参数和附加材料的实验来验证这一假设。 4.疲劳模拟 为了进一步检验AS和RS的疲劳行为差异与FSLW的几何特征有关的假设，进行了有限元计算。由于FSLW试件具有对称平面，商业代码FRANC2D被用于在平面应变计算下使用线性弹性断裂力学来计算AS和RS特征的应力强度因子。 AZ31镁合金的材料卡被定义为弹性和各向同性的，杨氏模量为45GPa，泊松比为0.35，厚度为30mm。使用DIRECT STIFF选项进行分析，该选项使用直接消除（高斯消除）解算器执行线性弹性应力分析。首先，对于无预定裂纹的AS和RS配置，进行FSLW试样的单调搭接拉伸拉伸。元素被定义为第二阶Q8四边形元素，平均元素尺寸为0.2×0.2 mm。这些计算的结果显示了疲劳载荷下应力提升器位于搭接处的位置。接下来，在这些峰值应力的位置处产生初始裂纹，以启动裂纹生长。值得注意的是，由于观察到的钩挂和冷搭接特征，我们假设疲劳裂纹孵育阶段是可忽略的。这种假设被广泛接受用于焊接接头，特别是在AZ31镁合金[4,12]和不同的镁铝合金搭接接头[17]的搅拌摩擦点焊上具有类似的疲劳工作。对于有限元计算，将恒定分布载荷作为牵引力来获得疲劳曲线。初始裂纹被定义为非内聚性的，具有从边缘开始的正常无牵引裂纹表面，并且裂纹表面之间的接触未被定义，因为它们不相互作用。初始裂纹长度在加载方向45°处设定为3.59×10 3 mm，裂纹尖端区域周围有二阶T6三角形单元。为了澄清目的，并且裂缝增长计算中使用的初始裂缝如图14a所示，并且裂缝尖端的放大视图如图14b所示。 图14.（a）推进侧试样的初始裂纹的网格和（b）裂纹尖端的放大视图。 （c）最终裂纹网格的总体视图，以及（d）传播裂纹的放大视图。 使用FRANC2D解算器中包含的预定义裂缝扩展和自动重新网格划分功能，裂缝自动增长。使用此选项，裂纹会在最大的环向应力方向上自动增长，并且不会由用户确定预先定义的路径。在这项研究中，裂纹扩展不是每个周期计算的，而是裂纹长度以预定增量2.54×10 2 mm扩展，这是FRANC2D允许的最小增量大小。在每个步骤中，新的裂纹延伸由2个单元创建，应力强度计算为裂纹长度的函数。图14c中显示了随着裂纹在AS取向样品中生长时最终裂纹扩展的例子，其中放大了图14d所示最终裂纹的视图。如图14d所示，当裂纹尖端接近自由表面时，模拟停止。使用最小裂缝扩展，RS需要总共43个步骤，AS需要45个步骤。对于RS，初始裂纹和裂纹扩展的啮合类似于AS，但为了简洁起见未示出。为了清楚起见，具有模拟边界条件的总体搭接剪切试样在AS定向的图15a中示出，并且在RS定向的图15d中示出。由于模型定义（2-D，平面应变），所有节点都被限制在平面外方向（z轴）上。虚拟耦合的左端受到各个方向的限制。另一端在垂直方向（y轴）上受约束，并且在水平方向（x轴）上施加载荷。裂纹生长模拟后得到的变形网格如图15b和e所示，其中结果分别与AS和RS构型的实验断裂试样的横截面进行视觉比较。可以观察到，预测的裂纹路径与断裂的低周疲劳样本明显吻合。我们注意到，对于高周疲劳样品，疲劳裂纹沿SZ和TMAZ界面延伸，如图10所示。因此我们承认，模拟结果没有捕获到这种混合模式的裂缝路径。然而，我们注意到如图10所示，在AS和RS中都观察到了类似的混合模式断裂，因此对疲劳计算有贡献的任何错误都同样适用于两种取向。 一旦应力强度因子被确定为裂纹扩展的函数，巴黎模型被用于估计AS和RS堆叠取向的疲劳寿命，以便与实验结果进行比较。由于我们假设裂纹萌生阶段可忽略不计，因此使用裂纹扩展模型来预测FSLW搭接接头的循环次数似乎是合理的。此外，一种简单的巴黎式方法将有助于阐明AS和RS配置在疲劳中的下划线关系，并且使用具有更多输入变量的疲劳模型可能会更困难。巴黎法则公式如方程（1） 图15.（a）初始有限元网格，带有前进侧负载试件的边界条件。 （b）裂纹扩展后的变形网格和c）与前进侧的实验观察结果的比较。 （d）初始有限元网格，其边界条件为退回侧负载试样。 （e）裂纹扩展后的变形网格和（f）与退火侧的实验观察结果的比较。 图16.实验疲劳结果与计算的AS和RS定向FSLW试样的循环失败次数的比较。 负载率R = 0.1。 由于在这项研究中，我们计算了与每个步骤的裂纹长度相对应的应力强度因子（即裂纹增量），可以通过重新排列等式来计算将裂纹扩展到任何步骤所需的周期数。 （1）被纳入以下内容： 其中i是裂纹增量，K是应力强度因子。图16显示了实验结果和估计疲劳寿命之间的比较。（2），其中RS = i = 43，AS = i = 45。重要的是要注意，循环次数没有为跳动负载计算，因为假定这些负载处于阈值状态，其中疲劳裂纹有效地不传播。但是，我们承认这一假设可能过于宽泛和更加前卫。 虽然我们观察到实验结果与假设模式I传播的低周疲劳样本的预测周期数之间的非常好的相关性，但在高周期状态下，模式I的假设可能并不完全准确。如前所述，如图10所示，高循环疲劳状态下的样品似乎以混合模式（I + II）传播，如图9所示的低循环疲劳样品清楚地模式I这似乎可能是由于裂纹走向阻力最小的路径，这在高周疲劳的情况下是SZ和TMZ之间的边界。由于在高周期状态下的驱动力较低，所以疲劳裂纹远离优选的模式I传播的事实似乎是合理的。此外，这种较低的驱动力也导致多裂纹扩展，这在图10中观察到。我们进一步承认，在疲劳计算中包括混合模式方法可能会提高高周疲劳预测和是未来工作的重点。 模型和实验结果之间的另一个可能的误差来源与使用BM疲劳裂纹扩展材料特性有关。事实上，这是使用裂纹扩展方法来搅拌摩擦焊接接头的主要缺点之一，因为C和m参数通常是未知的。据我们所知，我们并不知道任何测量AZ31镁合金的C和m值的文献。因此，我们假设，和其他一样，基材的C和m与搅拌区相似，并且可用于计算故障循环次数。但是，因为我们对此比较感兴趣。 在AS和RS之间，从而测试焊缝的宏观特征对机械性能有很大影响的假设，因此不使用FSW数据中的C和m值的任何误差都可以同时应用于两个方向。 一般来说，疲劳计算与实验结果相结合表明，FSLW试样的疲劳寿命主要取决于与挂钩和冷搭接特征相关的宏观特征，而较少依赖于焊缝特征微观结构的变化。 5.结论 研究堆叠取向对AZ31镁合金FSLW疲劳机理的影响。提供以下摘要： 1.对FSLW AZ31镁合金进行金相分析，目的是表征未经测试的试样的晶粒尺寸和纹理。 EBSD结果表明基材和搅拌区具有高质地，而具有相似的颗粒形态。 2.进行硬度测量以确定焊缝中的变化。硬度测量表明前进侧挂钩和退缩侧冷搭接特征具有类似的微观结构。 3.力学测试的结果显示，后退侧定向搭接接头与前进侧（增加高于50％）和疲劳寿命（高达一个数量级）相比表现出优越的静态强度。通过搭接接头的极限强度对实验疲劳结果进行标准化，使疲劳曲线崩溃。疲劳行为与极限强度的相关性表明，如果两者的静态强度都已知，则只需对其中一个方向进行疲劳测试。 4.线弹性断裂力学（LEFM）被用来预测前进和后退侧向搭接接头的疲劳寿命。事实上，本文中使用的断裂力学方法基本上是一个盲计算（不对参数进行微调），这对于将两个方向的循环次数与失效次数的差值关联起来非常准确。用于模拟搭接头疲劳寿命的断裂力学方法的结果表明，所观察到的性能差异与摩擦搅拌线性焊接的前进和后退侧的几何特征密切相关 致谢 作者希望认识到美国汽车材料合作伙伴关系（USAMP）镁前端研发项目，包括Joy Forsmark，Robert McCune，李永立，郭cha超和AK Khosrovaneh的有益讨论。该材料基于美国国家能源技术实验室能源部支持的工作，编号为DE-EE0005660。本报告是作为美国政府机构资助的报告编写的。美国政府或其任何代理机构及其任何员工均未对所披露的任何信息，仪器，产品或过程的准确性，完整性或实用性作出任何明示或默示的保证，或承担任何法律责任或义务或者表示其使用不会侵犯私人拥有的权利。此处提及的任何特定商业产品，工艺或服务（按商品名称，商标，制造商或其他方式）并不一定构成或暗示其对美国政府或其任何机构的认可，推荐或青睐。作者在此表达的观点和意见不一定表述或反映美国政府或其任何机构的观点和意见。此类支持不构成能源部认可的工作或本文表达的观点。这项工作利用了由阿拉巴马大学支持的中央分析机构拥有和维护的资源。