6xxx系铝合金焊接接头热影响区的微观组织与力学性能

发布时间：2017-11-01 21:32

  本文关键词：6xxx系铝合金焊接接头热影响区的微观组织与力学性能

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【摘要】：Al-Mg-Si-(Cu)(6xxx系)合金具有高比强度、良好的成型性能和抗腐蚀性能等优点,被广泛地应用于工业中。尤其是6xxx系铝合金在成形加工后不易产生回弹,并且具有在喷漆后的烘烤工序中强度和抗凹陷性快速提高的特点,而被广泛地应用于汽车车身板。焊接是金属构件之间连接的重要方式,焊接过程是一个快速的加热和冷却过程。铝合金板材的焊接,相当于对板材进行了一种非等温的时效处理,从而改变板材焊接接头的微观组织及其力学性能。因此,本文选择汽车车身及高速列车上广泛使用的6xxx系铝合金,研究焊接热对铝合金局部微观组织和力学性能的影响,以及激光焊接过程对铝合金板材局部烘烤硬化性能的影响,同时,采用焊后热处理工艺来改善焊接接头的力学性能,并对其微观组织的演变详细表征。主要的结论如下:(1)焊前T4处理的焊件,靠近母材一侧的热影响区硬度在烤漆前出现硬度谷,而在烤漆后变成硬度峰。这是由于在焊接过程中,该处原本有的团簇受焊接热的影响而转变成GP区,但是由于焊接速度相当快,只有一部分的团簇向GP区进行转变,而这些GP区在烤漆过程中可以作为后续强化相稳定生长的核,使得烤漆处理后出现硬度峰。焊前T4P处理的焊件,激光焊接过程大大降低了靠近焊缝的热影响区的烤漆硬化能力,这是由于靠近焊缝的热影响区在焊接过程中所经历的热循环温度较高,使得原本存在于基体中的GP区发生了溶解。(2)经过焊后单级热处理的焊件焊接接头的力学性能得到一定的提升,但焊缝处由于在焊接过程中形成大量的第二相粒子而消耗了大量的溶质原子,以致于在后续时效过程中没有足够的溶质原子来形成有效的强化相,因此硬度依然是最低的。焊前欠时效处理的焊件,热影响区在经过焊后热处理后能完全恢复,而焊前峰值时效和过时效处理的焊件,热影响区不能完全恢复,会出现一个硬度谷,即软化区,TEM表征结果表明,该区域内析出相出现明显的粗化。(3)通过EBSD表征发现,在560℃下进行固溶0.5h会使焊缝两边热影响区出现晶粒异常长大的现象,而且长出的晶粒具有单一的取向,但是单一取向的晶粒中还存在少量的未被吞并的小晶粒存在;而在350℃、450℃和500℃下固溶0.5h,没有发现晶粒异常长大的现象发生。这种晶粒异常长大的现象在560℃固溶处理一定时间后,在非常短的时间内完成,并且不会随着固溶时间的延长而继续发生异常长大。这种晶粒异常长大的现象与热影响区和焊缝的界面有一定的关系。(4)脉冲MIG焊接Al-Mg-Si与Al-Zn-Mg的异质T型焊接接头Al-Mg-Si一侧的热影响区中,出现了硬度显著下降的区域,即软化区,这是因为在焊接过程中原本存在于基体中的析出相完全溶解到基体中,溶质原子在焊后重新形成了强化效果不好的团簇。
【关键词】：Al-Mg-Si-Cu合金 微观组织 力学性能 热影响区 析出相 晶粒 异常长大
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG407
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-27
• 1.1 铝合金的焊接特性及常用的焊接方法15-18
• 1.1.1 铝合金的焊接特性15-16
• 1.1.2 铝合金常用的焊接方法16
• 1.1.3 铝合金激光焊接的优点及存在的问题16-18
• 1.2 6xxx系铝合金的概述18-22
• 1.2.1 铝及铝合金的基本性质及分类18-19
• 1.2.2 6xxx铝合金的基本属性19
• 1.2.3 6xxx铝合金在交通工具上的应用19-22
• 1.3 6xxx系铝合金的析出强化机制22-24
• 1.3.1 6xxx系铝合金的强化机理22
• 1.3.2 6xxx系铝合金的时效析出序列22-24
• 1.4 铝合金焊接接头力学性能和微观组织关系的研究现状24-25
• 1.5 本文的研究目的和主要内容25-27
• 第2章 实验材料和方法27-31
• 2.1 实验材料的制备和热处理工艺27-28
• 2.1.1 实验合金的制备27
• 2.1.2 焊接样品的焊前处理27-28
• 2.1.3 焊件的焊后热处理28
• 2.2 实验方法28-31
• 2.2.1 激光焊接实验28-29
• 2.2.2 焊接接头的力学性能测试29
• 2.2.3 焊接接头的微观组织表征29-31
• 第3章 车身板用Al-Mg-Si-Cu合金激光焊接接头析出相转变的研究31-47
• 3.1 焊件烤漆前后的硬度分布32-33
• 3.2 焊件烤漆前后的的拉伸测试33
• 3.3 焊接热循环的模拟33-34
• 3.4 焊接接头的扫描电镜和EBSD表征34-35
• 3.5 焊缝处第二相粒子的分析35-36
• 3.6 焊接接头的TEM表征36-40
• 3.6.1 焊前T4P处理的焊接接头的TEM表征36-38
• 3.6.2 焊前T4处理的焊接接头的TEM表征38-40
• 3.6.3 焊接接头烤漆处理后析出相尺寸的统计40
• 3.7 分析讨论40-44
• 3.7.1 母材(BM)40-41
• 3.7.2 焊缝(FZ)41-42
• 3.7.3 热影响区 1(HAZ1)42-43
• 3.7.4 热影响区 2(HAZ2)43-44
• 3.8 焊接接头各区域析出相转变示意图44-46
• 3.9 本章小结46-47
• 第4章 焊后热处理对Al-Mg-Si-Cu合金激光焊接接头微观组织和力学性能的影响47-56
• 4.1 焊接接头的硬度分布48-49
• 4.2 焊接接头的拉伸性能49-50
• 4.3 EBSD表征和第二相颗粒观察与分析50-52
• 4.3.1 EBSD表征50
• 4.3.2 焊缝处第二相颗粒50-52
• 4.4 强化析出相特征52-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第5章 Al-Mg-Si-Cu合金激光焊接接头晶粒在固溶处理过程中稳定性的探究56-65
• 5.1 硬度分布56-57
• 5.2 固溶前后的EBSD表征57-58
• 5.3 固溶温度对Al-Mg-Si-Cu合金激光焊接接头晶粒稳定性的影响58-60
• 5.4 固溶时间对 Al-Mg-Si-Cu 合金激光焊接接头晶粒稳定性的影响60-62
• 5.5 焊件尺寸对 Al-Mg-Si-Cu 合金激光焊接接头晶粒稳定性的影响62-63
• 5.6 焊缝和热影响区的界面对 Al-Mg-Si-Cu 合金激光焊接接头晶粒稳定性的影响63
• 5.7 本章小结63-65
• 第6章 6xxx系铝合金MIG焊焊接接头热影响区微观组织和力学性性能的关系研究65-71
• 6.1 焊接接头硬度分布65-67
• 6.2 EBSD表征分析67
• 6.3 软化区中第二相表征67-68
• 6.4 软化区中TEM表征68-69
• 6.5 本章小结69-71
• 结论71-73
• 参考文献73-81
• 致谢81-82
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文)82

【参考文献】

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本文编号：1128657