Al-Cu-Li合金电子束焊接工艺及接头组织与性能

发布时间：2017-08-10 19:10

  本文关键词：Al-Cu-Li合金电子束焊接工艺及接头组织与性能

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【摘要】：近年来,随着航空航天工业的飞速发展,铝锂合金作为高性能结构材料正逐步取代传统的高强铝合金。目前工程上应用的铝锂合金主要为第3代铝锂合金,与第2代铝锂合金相比,第3代新型Al-Cu-Li系合金具有更加优异的性能特点,如合金的强度和韧性平衡良好、耐损伤性能优良、各向异性小、热稳定性好、耐腐蚀、成型加工性好等。但是,由于Li元素所具有的特性,采用传统的熔化焊方法焊接易出现焊缝气孔、热裂纹等缺陷,难以获得高质量的焊接接头。相比较而言,真空电子束焊具有能量密度集中、热影响区窄、焊接变形小以及保护气氛好等优点,用于Al-Cu-Li系合金焊接具有较大优势。基于此,本文对厚度为2.5mm的新型Al-Cu-Li合金板材的电子束焊接工艺进行研究,重点分析电子束流对焊缝成形、接头组织与性能的影响。为了进一步改善接头的组织和性能,焊后对接头进行固溶+时效热处理。此外,还对接头的耐蚀性能进行了综合评价。金相组织观察表明,焊态下接头从熔合线到焊缝中心的组织依次为等轴细晶层、柱状晶及等轴树枝晶。在熔合线附近形成的细晶层主要与合金中含有的Zr和Li元素有关,细晶层的存在抑制了熔池边缘的联生结晶过程。在焊缝中心树枝晶的晶界处分布着大量的共晶组织,EDS能谱分析以及焊缝XRD测试表明,晶界共晶组织的组成主要为α+θ′(Al2Cu)。对焊缝金属进行TEM观察,发现焊态下焊缝中的强化相数量较少,在晶界处还形成了晶界无析出物区。力学性能测试结果表明,焊态下由于Al-Cu-Li合金电子束焊接头热影响区的过时效软化以及焊缝金属的欠时效,使得热影响区和焊缝金属的显微硬度均低于母材,接头的抗拉强度与母材相比,有一定程度的下降。随着焊接热输入的增加,接头的抗拉强度降低。拉伸断口扫描观察显示,室温下接头拉伸断口呈典型的微孔聚集型断裂。对接头进行固溶+时效焊后热处理,接头焊缝区域的组织发生了显著变化,熔合线附近的等轴细晶带消失,焊缝中心区的组织由树枝晶转变为等轴晶,焊态下晶界偏析现象得以消除。对热处理后的焊缝进行TEM观察,发现焊缝中析出了大量的球状δ′(Al3Li)相以及细针状T1(Al2Cu Li)相,有效改善了焊态下焊缝的欠时效现象。热处理后接头的强度和显微硬度都有明显提高,接头的抗拉强度由焊态下的348 MPa提高到热处理后的423.1MPa,拉伸断口表面均匀分布大量的韧窝。分别采用浸泡法和电化学腐蚀方法评价Al-Cu-Li合金焊接接头的耐蚀性能。当接头在晶间腐蚀溶液(IGC)中浸泡24h后,母材表面存在较深的蚀孔,焊缝区主要发生局部网络状的晶间腐蚀,热影响区沿轧制方向上存在局部晶间腐蚀。接头在剥蚀溶液(EXCO)中浸泡,随着腐蚀时间的延长,腐蚀逐渐加重。母材区最先呈现出剥落腐蚀形貌,其次为热影响区。焊缝金属区在EXCO溶液中浸泡96h后,未观察到有明显的剥蚀现象。电化学腐蚀试验测试结果表明,焊接接头的耐蚀性能好于Al-Cu-Li合金母材。
【关键词】：Al-Cu-Li合金 电子束焊 显微组织 力学性能 焊后热处理 耐蚀性
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.14
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 铝锂合金简介12-18
• 1.1.1 铝锂合金的发展历程12-13
• 1.1.2 第3代铝锂合金的化学成分及微观组织13-17
• 1.1.3 铝锂合金在工业生产中的应用17-18
• 1.2 铝锂合金的焊接性分析18-19
• 1.3 铝锂合金的常用焊接方法19-22
• 1.4 铝锂合金的国内外焊接研究现状22-24
• 1.5 本课题研究的目的、意义及主要研究内容24-26
• 1.5.1 本课题研究的目的及意义24
• 1.5.2 本课题的主要研究内容24-26
• 第二章 试验材料和方法26-33
• 2.1 试验材料及工艺试验26-29
• 2.1.1 试验材料26
• 2.1.2 真空电子束焊接(EBW)试验26-29
• 2.1.3 焊后热处理实验29
• 2.2 性能检测分析29-32
• 2.2.1 接头微观组织结构分析29-30
• 2.2.2 接头力学性能测试30
• 2.2.3 接头焊缝耐蚀性能评价30-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 Al-Cu-Li合金电子束焊接头组织与性能分析测试33-48
• 3.1 Al-Cu-Li合金接头显微组织观察与分析33-39
• 3.1.1 Al-Cu-Li合金母材组织33
• 3.1.2 Al-Cu-Li合金接头过渡区组织33-36
• 3.1.3 Al-Cu-Li合金接头焊缝组织36-38
• 3.1.4 Al-Cu-Li合金电子束焊接头中的缺陷38-39
• 3.2 接头焊缝SEM观察及熔合区EDS分析39-42
• 3.2.1 焊缝金属SEM观察与能谱分析39-41
• 3.2.2 接头熔合区合金元素分布线扫描分析41-42
• 3.3 焊缝TEM观察与分析42-43
• 3.4 Al-Cu-Li合金接头力学性能测试与断口分析43-47
• 3.4.1 接头区域显微硬度测试及结果分析43-44
• 3.4.2 接头拉伸强度测试及断口扫描分析44-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 焊后热处理对接头组织与性能的影响48-58
• 4.1 热处理对Al-Cu-Li合金电子束焊接头显微组织的影响48-55
• 4.1.1 热处理对Al-Cu-Li合金母材组织的影响48-49
• 4.1.2 热处理对Al-Cu-Li合金接头过渡区组织的影响49
• 4.1.3 热处理对Al-Cu-Li合金接头焊缝组织的影响49-53
• 4.1.4 热处理后Al-Cu-Li合金接头焊缝TEM观察与分析53-55
• 4.2 热处理对Al-Cu-Li合金电子束焊接头力学性能的影响55-57
• 4.2.1 热处理对Al-Cu-Li合金接头区域显微硬度分布的影响55-56
• 4.2.2 热处理对Al-Cu-Li合金接头拉伸性能的影响56-57
• 4.2.3 热处理对Al-Cu-Li合金接头拉伸断口形貌的影响57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 Al-Cu-Li合金电子束焊接头耐蚀性能评价58-68
• 5.1 Al-Li合金的常见腐蚀类型58-61
• 5.1.1 点蚀及晶间腐蚀58-60
• 5.1.2 剥落腐蚀60-61
• 5.1.3 应力腐蚀61
• 5.2 接头耐腐蚀性能分析61-66
• 5.2.1 晶间腐蚀62-63
• 5.2.2 剥落腐蚀63-65
• 5.2.3 电化学腐蚀65-66
• 5.3 本章小结66-68
• 第六章 结论68-69
• 参考文献69-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士学位期间发表（录用）论文情况77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 周昌荣;潘青林;朱朝明;何运斌;尹志民;;新型铝锂合金的研究和发展[J];材料导报;2004年05期

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3 李劲风,郑子樵,李世晨,谭澄宇,梁英,于利军;2195铝-锂合金晶间腐蚀及剥蚀行为研究[J];材料科学与工程学报;2004年05期

4 张玲;薛松柏;师怀江;吴玉秀;;铝锂合金钎焊接头断口组织与性能[J];焊接学报;2006年10期

5 李劲风,2张昭,曹发和,程英亮,张鉴清,曹楚南;Investigation of exfoliation corrosion of rolled AA8090 Al-Li alloy using electrochemical impedance spectroscopy[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2003年02期

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本文编号：652180