微合金化铝镁焊丝在7075铝合金焊接中的应用研究
发布时间：2021-07-03 16:10
7×××系铝合金是可热处理强化合金,现广泛应用于航空航天、船舶和汽车结构件,但传统的商业焊丝焊接的焊接接头较难同时保证高强度和优良抗腐蚀性能,且T6等热处理工艺在工程应用上较难实现。组分是控制材料组织和结构的一个重要因素,稀土元素钪是细化铝合金铸造组织最有效的元素,在添加微量钪的同时复合添加微量锆,不仅能够降低钪的有效添加量,节约成本,还能够进一步提高铝合金的其它性能。在铝合金焊丝中添加微量的其它元素,旨在改善焊接接头组织,提高焊接接头力学性能和抗腐蚀性,为具有高综合性的铝合金焊接性能改善而提供新的实验基础和理论指导。本文采用了添加微量Sc、Zr、Er等元素的铝合金轧制获得的焊丝进行TIG焊焊接7075-T651铝合金薄板,采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）材料测试分析技术,利用金相显微镜、万能电子拉伸机和维氏硬度计等材料性能测试仪器,系统地研究了添加不同微量元素和不同时效制度对7075-T651铝合金焊接接头的组织与性能的影响。研究结果表明:（1）添加不同含量Zn元素的Al-Mg焊丝焊接的焊接接头中晶粒主要为等轴晶,相对Al-Mg焊丝焊接接头...
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)(b):Al-2Sc中间合金金相；(c):Al-2Sc中间合金能谱分析
桂林理工大学硕士学位论文142.3试验方法2.3.1材料制备本实验材料制备的装置示意图如图2.3所示，其主要的部分组成为：(1)加热设备：型号LY1400井式电阻炉；(2)控制设备：温度控制箱、热电偶、数显式直流恒速搅拌器；(3)搅拌设备：Ti6Al4V机械搅拌浆。微合金化铝合金材料的制备：本实验采用氧化铝坩埚，为了避免合金熔化过程中发生氧化，在整个实验过程中使用高纯氩气来保护。第一步将用电子天平称量好的纯铝放在坩埚中升温至700℃（温度稍高于纯铝的熔点），待纯铝完全熔化后加入已经计算好质量比例的并在马弗炉中预热的块状纯镁、无砷锌粒、Al-2Sc中间合金、Al-10Er中间合金和Al-10Zr中间合金；同时进行充分的机械搅拌，以480r/min的搅拌速度均匀搅拌30~40min后，然后放入六氯乙烷进行除气、随后升温至750℃并扒渣、静置保温大约5min后浇铸到已预热好的钢模中（浇铸冒口带有陶瓷过滤网）。实验通过对纯镁、无砷锌粒、Al-2Sc中间合金、Al-10Er中间合金和Al-10Zr中间合金不同含量的控制和组合制备出Al-5Mg、Al-5Mg-1Zn、Al-5Mg-1Zn-0.3Sc-0.15Zr、Al-5Mg-1Zn-0.2Sc-0.2Er-0.15Zr、Al-5Mg-1Zn-0.3Er-0.15Zr-0.1Sc、Al-5Mg-1Zn-0.4Er-0.15Zr、Al-5Mg-1Zn-0.4Er-0.15Zr-0.1Sc合金。图2.3材料制备装置示意图Fig.2.3Thediagramofstircastingequipment
桂林理工大学硕士学位论文152.3.2焊丝制备上一步得到的铸锭材料需要进行均匀化热处理，这是因为微合金化铝合金材料铸锭在凝固时一般为非平衡凝固，铸锭组织会产生大量的元素偏析，而某些元素的偏析会使得材料内产生更大的应力，不仅会影响该材料的塑性还会使得材料后续加工性能大幅度降低，比如轧制过程中容易开裂。所以我们在轧制之前，需要把微合金化铝合金材料铸锭放在如图2.4(c)所示的科晶牌KSL-1200X马弗炉中进行均匀化热处理，其参数为450℃×24h。焊丝制备的主要设备是在自行设计的轧丝机上进行。轧丝机如图2.4(b)所示，有上下两个轧辊，每个轧辊都有不同直径的半圆槽，直径依次由15mm减小到3mm，共15个道次，为了避免材料在轧制过程中发生的开裂现象，每轧制4~6道次后都要进行去应力退火热处理，用来消除由于轧制过程引起的加工硬化，这样来便于后续较小直径道次的轧制加工。总的来说，焊丝制备的大体步骤为：(1)通过搅拌铸造设备制备出直径为10mm的铝合金圆棒铸锭，如图2.4(a)；(2)将铝合金圆棒铸锭放在马弗炉中进行均匀化热处理，消除元素偏析便于后续的加工；(3)通过多次轧制和不同道次轧制，得到的直径为3mm细丝，然后用砂轮机和砂纸打磨干净毛刺；（4）将细丝矫直，并放置在管式炉中加热来去除轧制过程中残留的拉丝油；(5)焊丝的表面先用砂纸打磨去掉氧化层，并用丙酮或者酒精去除表面的油脂，得到成品焊丝，如图2.4(d)，然后密封保存。图2.4(a)铝合金圆棒铸锭;(b)自制轧机；(c)马弗炉；(d)成品铝合金焊丝Fig.2.4(a)Aluminiumalloyingots;(b)Wirerodrollingmill;(c)Muffleroaster;(d)Aluminiumalloyweldingwires
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al-Mg-Zn铝合金焊接接头力学性能研究[J]. 刘建,汪认,张志毅,张晓鸿,陈辉. 电焊机. 2017(08)
[2]焊接过程中Al-Mg-Zn铝合金的微观组织变化[J]. 张志毅,汪认,刘建,张晓鸿,章淑芳,陈辉. 电焊机. 2017(03)
[3]焊后热处理对AA7075铝合金DP-MIG焊接接头组织及力学性能的影响[J]. 刘长军,刘政军,阮祥钢,何偲倬,苏允海. 焊接学报. 2016(10)
[4]含钪Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金焊接接头的组织与性能[J]. 聂俊红,潘清林,聂辉文,赖春明,李波. 机械工程材料. 2016(09)
[5]Effect of Sc and Er additions on superplastic ductilities in Al-Mg-Mn-Zr alloy[J]. 段雨露,钱健,肖丹,崔学敏,徐国富. Journal of Central South University. 2016(06)
[6]面向环境的汽车轻量化技术及应用[J]. 李登科,解念锁. 山东工业技术. 2016(06)
[7]铝合金焊接材料制备研究现状与发展[J]. 路全彬,龙伟民,钟素娟,高雅,张强. 焊接. 2016(02)
[8]铝合金的研究现状及应用[J]. 白志玲. 科技广场. 2015(12)
[9]微量元素含量对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响[J]. 付高,邓运来,王亚风,戴青松,张新明. 中国有色金属学报. 2015(10)
[10]Al3（Sc,Zr）粒子与剪切带对Al-Mg-Sc-Zr合金再结晶及断裂行为的影响[J]. 黄宏锋,姜锋,刘兴涛,周江,钟沐春,韦莉莉. 中国有色金属学报. 2015(05)
博士论文
[1]基于搅拌摩擦加工大塑性变形改性Al-Mg-Sc-Zr新型铝合金的组织控制与强化机理研究[D]. 潘德江.合肥工业大学 2018
[2]Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能和断裂行为的研究[D]. 樊喜刚.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]Mg、Zr、Er和Ag对5xxx铝合金焊丝焊接性能的影响[D]. 张闯.东北大学 2013
[2]Al-Zn-Mg-Cu合金再结晶的控制及亚晶界对MgZn2粒子析出的影响[D]. 张云崖.中南大学 2013
[3]Sc、Zr、Er对5xxx铝合金焊丝焊接性能的影响[D]. 付大为.东北大学 2012
[4]微量钪和锆对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响[D]. 肖静.中南大学 2008
本文编号：3262913
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)(b):Al-2Sc中间合金金相；(c):Al-2Sc中间合金能谱分析
桂林理工大学硕士学位论文142.3试验方法2.3.1材料制备本实验材料制备的装置示意图如图2.3所示，其主要的部分组成为：(1)加热设备：型号LY1400井式电阻炉；(2)控制设备：温度控制箱、热电偶、数显式直流恒速搅拌器；(3)搅拌设备：Ti6Al4V机械搅拌浆。微合金化铝合金材料的制备：本实验采用氧化铝坩埚，为了避免合金熔化过程中发生氧化，在整个实验过程中使用高纯氩气来保护。第一步将用电子天平称量好的纯铝放在坩埚中升温至700℃（温度稍高于纯铝的熔点），待纯铝完全熔化后加入已经计算好质量比例的并在马弗炉中预热的块状纯镁、无砷锌粒、Al-2Sc中间合金、Al-10Er中间合金和Al-10Zr中间合金；同时进行充分的机械搅拌，以480r/min的搅拌速度均匀搅拌30~40min后，然后放入六氯乙烷进行除气、随后升温至750℃并扒渣、静置保温大约5min后浇铸到已预热好的钢模中（浇铸冒口带有陶瓷过滤网）。实验通过对纯镁、无砷锌粒、Al-2Sc中间合金、Al-10Er中间合金和Al-10Zr中间合金不同含量的控制和组合制备出Al-5Mg、Al-5Mg-1Zn、Al-5Mg-1Zn-0.3Sc-0.15Zr、Al-5Mg-1Zn-0.2Sc-0.2Er-0.15Zr、Al-5Mg-1Zn-0.3Er-0.15Zr-0.1Sc、Al-5Mg-1Zn-0.4Er-0.15Zr、Al-5Mg-1Zn-0.4Er-0.15Zr-0.1Sc合金。图2.3材料制备装置示意图Fig.2.3Thediagramofstircastingequipment
桂林理工大学硕士学位论文152.3.2焊丝制备上一步得到的铸锭材料需要进行均匀化热处理，这是因为微合金化铝合金材料铸锭在凝固时一般为非平衡凝固，铸锭组织会产生大量的元素偏析，而某些元素的偏析会使得材料内产生更大的应力，不仅会影响该材料的塑性还会使得材料后续加工性能大幅度降低，比如轧制过程中容易开裂。所以我们在轧制之前，需要把微合金化铝合金材料铸锭放在如图2.4(c)所示的科晶牌KSL-1200X马弗炉中进行均匀化热处理，其参数为450℃×24h。焊丝制备的主要设备是在自行设计的轧丝机上进行。轧丝机如图2.4(b)所示，有上下两个轧辊，每个轧辊都有不同直径的半圆槽，直径依次由15mm减小到3mm，共15个道次，为了避免材料在轧制过程中发生的开裂现象，每轧制4~6道次后都要进行去应力退火热处理，用来消除由于轧制过程引起的加工硬化，这样来便于后续较小直径道次的轧制加工。总的来说，焊丝制备的大体步骤为：(1)通过搅拌铸造设备制备出直径为10mm的铝合金圆棒铸锭，如图2.4(a)；(2)将铝合金圆棒铸锭放在马弗炉中进行均匀化热处理，消除元素偏析便于后续的加工；(3)通过多次轧制和不同道次轧制，得到的直径为3mm细丝，然后用砂轮机和砂纸打磨干净毛刺；（4）将细丝矫直，并放置在管式炉中加热来去除轧制过程中残留的拉丝油；(5)焊丝的表面先用砂纸打磨去掉氧化层，并用丙酮或者酒精去除表面的油脂，得到成品焊丝，如图2.4(d)，然后密封保存。图2.4(a)铝合金圆棒铸锭;(b)自制轧机；(c)马弗炉；(d)成品铝合金焊丝Fig.2.4(a)Aluminiumalloyingots;(b)Wirerodrollingmill;(c)Muffleroaster;(d)Aluminiumalloyweldingwires
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al-Mg-Zn铝合金焊接接头力学性能研究[J]. 刘建,汪认,张志毅,张晓鸿,陈辉. 电焊机. 2017(08)
[2]焊接过程中Al-Mg-Zn铝合金的微观组织变化[J]. 张志毅,汪认,刘建,张晓鸿,章淑芳,陈辉. 电焊机. 2017(03)
[3]焊后热处理对AA7075铝合金DP-MIG焊接接头组织及力学性能的影响[J]. 刘长军,刘政军,阮祥钢,何偲倬,苏允海. 焊接学报. 2016(10)
[4]含钪Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金焊接接头的组织与性能[J]. 聂俊红,潘清林,聂辉文,赖春明,李波. 机械工程材料. 2016(09)
[5]Effect of Sc and Er additions on superplastic ductilities in Al-Mg-Mn-Zr alloy[J]. 段雨露,钱健,肖丹,崔学敏,徐国富. Journal of Central South University. 2016(06)
[6]面向环境的汽车轻量化技术及应用[J]. 李登科,解念锁. 山东工业技术. 2016(06)
[7]铝合金焊接材料制备研究现状与发展[J]. 路全彬,龙伟民,钟素娟,高雅,张强. 焊接. 2016(02)
[8]铝合金的研究现状及应用[J]. 白志玲. 科技广场. 2015(12)
[9]微量元素含量对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响[J]. 付高,邓运来,王亚风,戴青松,张新明. 中国有色金属学报. 2015(10)
[10]Al3（Sc,Zr）粒子与剪切带对Al-Mg-Sc-Zr合金再结晶及断裂行为的影响[J]. 黄宏锋,姜锋,刘兴涛,周江,钟沐春,韦莉莉. 中国有色金属学报. 2015(05)
博士论文
[1]基于搅拌摩擦加工大塑性变形改性Al-Mg-Sc-Zr新型铝合金的组织控制与强化机理研究[D]. 潘德江.合肥工业大学 2018
[2]Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能和断裂行为的研究[D]. 樊喜刚.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]Mg、Zr、Er和Ag对5xxx铝合金焊丝焊接性能的影响[D]. 张闯.东北大学 2013
[2]Al-Zn-Mg-Cu合金再结晶的控制及亚晶界对MgZn2粒子析出的影响[D]. 张云崖.中南大学 2013
[3]Sc、Zr、Er对5xxx铝合金焊丝焊接性能的影响[D]. 付大为.东北大学 2012
[4]微量钪和锆对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响[D]. 肖静.中南大学 2008
本文编号：3262913
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