7A04高强铝合金搅拌摩擦焊工艺及接头的组织与性能研究

发布时间：2017-01-01 12:52

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《华南理工大学》 2015年

7A04高强铝合金搅拌摩擦焊工艺及接头的组织与性能研究

郑小茂  

【摘要】：我国自行研制的7A04高强铝合金具有强度高、热处理强化效果好等特点,广泛应用于航空航天、汽车制造等工业领域。采用传统熔化焊接方法对其进行连接时,出现焊接缺陷的倾向性较大,接头强度不高。搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)作为一种新型的固相连接技术,因其独特的焊接原理而使之特别适用于铝、镁等低熔点金属的焊接。因此,本文采用搅拌摩擦焊接技术对3mm厚7A04-T6铝合金挤压板材进行焊接试验研究,并对接头的组织、沉淀相、力学性能及断口形貌进行了分析;选取最佳焊接工艺参数的焊接接头,对其进行焊后热处理工艺和耐腐蚀性能考察。焊接试验结果表明,焊接接头由焊核区、热机影响区、热影响区和母材区组成。焊核区形成细小等轴再结晶晶粒,沉淀相发生重溶;热机影响区晶粒发生变形;热影响区组织粗化,沉淀相析出并粗化。焊核区晶粒尺寸随焊接速度增加或旋转速度降低而减小。接头沿横截面方向硬度分布近似呈W型,母材硬度(约168HV)最高,焊核区硬度(约145HV)较热机械影响区、热影响区的硬度高,硬度最小值出现在前进侧的热影响区。当ω/v在一定范围内时,接头硬度值水平相当。随着焊接速度减小或旋转速度增加,焊核区硬度值有略微下降。在搅拌头旋转速度为800rpm,焊接速度为120mm/min的情况下,接头的抗拉强度最高,达到454.2MPa,为母材强度的95%。当ω/v逐渐减小,接头的抗拉强度先增加而后降低。焊后热处理试验表明,不同焊后热处理工艺对接头组织与性能有不同的影响。结果表明,人工时效处理未使7A04-T6铝合金FSW焊核区晶粒粗化,但沉淀相大量析出,产生过时效,接头力学性能降低。固溶和T6处理使焊核区组织发生异常长大,其中固溶后晶内沉淀相溶于基体,接头力学性能整体降低,而经T6处理,晶内沉淀相再次弥散析出,强化接头力学性能。对7A04-O铝合金FSW接头进行固溶和T6处理,结果发现,固溶处理后部分热稳定性较好的第二相颗粒分布在粗化的α-Al基体上。接头经T6热处理后,焊核区沉淀相密度有所增大。O态7A04铝合金母材平均显微硬度值为60HV,焊缝区域显微硬度值为母材的两倍。两种焊后热处理均提高接头整体显微硬度。经固溶处理后接头抗拉强度上升至440MPa,延伸率为13.0%。T6处理后,抗拉强度达到528MPa,然而其延伸率下降至3.8%。断口形貌分析表明,母材、焊接态与固溶态接头断裂模式为韧性断裂,T6态接头为韧性与脆性混合型断裂模式。7A04-T6铝合金FSW接头耐腐蚀性能研究结果表明,焊缝耐蚀性比母材差。开路电位结果表明,母材开路电位最正,热影响区与热机影响区的开路电位最负,焊核区的开路电位高于热影响区与热机影响区。极化曲线测试发现,接头各区域自腐蚀电位较母材负,腐蚀电流密度高于母材。EIS测试研究研究表明,母材与接头各区域的交流阻抗谱图由高频容抗弧和低频感抗弧组成。母材高频容抗弧半径最大,其次是焊核区,热影响区与热机影响区的最小。中性盐雾试验和浸泡试验均表明,热影响区与热机影响区是腐蚀最先开始的区域。对腐蚀产物进行EDS和XRD分析发现,主要腐蚀产物为Al2O3、Al(OH)3和Al Cl3。

【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG453.9
【目录】：

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