2系鋁鋰合金攪拌摩擦焊接工藝研究.pdf

1、鋁鋰合金是一種低密度、高性能的新型結(jié)構(gòu)材料，隨著航空航天工業(yè)的迅猛發(fā)展，鋁鋰合金也得到了日益廣泛的應(yīng)用。用鋁鋰合金取代常規(guī)的鋁合金可使結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕10％～15％，剛度提高15％～20％。隨著鋁鋰合金在航空航天業(yè)中的廣泛應(yīng)用，其焊接性的研究日益受到了重視。
　　采用焊接接頭代替鉚接和機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步減重和降低成本。攪拌摩擦焊(簡(jiǎn)稱(chēng)FSW)是一種新型的固相連接工藝，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)入焊件形成焊縫，實(shí)現(xiàn)固相連接，能有效

2、實(shí)現(xiàn)鋁鋰合金的焊接。針對(duì)2系鋁鋰合金，本研究通過(guò)優(yōu)化摩擦焊攪拌頭參數(shù)以及焊接工藝參數(shù)，獲得了無(wú)內(nèi)部缺陷、焊合質(zhì)量?jī)?yōu)異的攪拌摩擦焊焊接接頭。
　　采用宏觀變形量測(cè)試、顯微硬度測(cè)試和室溫拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)對(duì)攪拌摩擦焊接頭的性能進(jìn)行了綜合的評(píng)價(jià)，同時(shí)通過(guò)金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)以及透射電子顯微鏡(TEM)等組織分析手段對(duì)接頭的微觀組織進(jìn)行了細(xì)致的表征，得到主要結(jié)論如下：
　　(1)針對(duì)1.5mm厚的2系鋁鋰合金，本研究通

3、過(guò)優(yōu)化攪拌頭及焊接工藝參數(shù)獲得了無(wú)內(nèi)部缺陷的攪拌摩擦焊焊接接頭，較優(yōu)的工藝參數(shù)為軸肩直徑為10mm的雙圓環(huán)攪拌頭，旋轉(zhuǎn)速率800rpm，焊接速度200mm/min。并得出性能較好的焊接工藝窗口。
　　(2)在最優(yōu)的工藝參數(shù)條件下獲得的接頭力學(xué)性能為:屈服強(qiáng)度Rp0.2=324MPa，抗拉強(qiáng)度Rm=439MPa，延伸率δ％=9.04％，接頭強(qiáng)度系數(shù)達(dá)到85.7％。拉伸試樣斷裂的位置是焊核區(qū)，斷口呈現(xiàn)韌脆性混合方式。
　　(3)

4、不同工藝參數(shù)條件下，攪拌摩擦焊接頭焊縫區(qū)域的顯微硬度分布趨勢(shì)相近，其變化趨勢(shì)大致呈現(xiàn)“U”形方式?；?BM)區(qū)域顯微硬度值最大，硬度值在170HV左右，焊核區(qū)(NZ)或焊核區(qū)和熱機(jī)影響區(qū)(TMAZ)的邊界處硬度值最小，硬度值在110HV左右，熱影響區(qū)(HAZ)硬度值低于基材但高于焊核區(qū)。
　　(4)母材區(qū)為薄片狀晶粒，沿軋制方向拉長(zhǎng)。焊核區(qū)呈不對(duì)稱(chēng)的“碗”狀，具有顯示材料流動(dòng)形態(tài)的“洋蔥環(huán)”狀塑性流線。焊核區(qū)的顯微組織是細(xì)小等軸

5、的再結(jié)晶晶粒，熱機(jī)影響區(qū)的晶粒組織與基材的晶粒組織不同，晶粒發(fā)生了較大變形并被拉長(zhǎng)。熱影響區(qū)晶粒有所粗化，變形較小。
　　(5)基材內(nèi)的沉淀相包括T1相(Al2CuLi)、θ'相(Al2Cu)和S'相等，起到了第二相強(qiáng)化作用，所以基材的強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能都較好。焊核區(qū)的T1相和θ'相等強(qiáng)化相由于攪拌和高溫的作用發(fā)生了溶解;熱機(jī)影響區(qū)內(nèi)θ'相和S'相溶解，T1尺寸變大導(dǎo)致了硬度值的下降;熱影響區(qū)內(nèi)T1相和少量的θ'相保留，硬度的下