2A14鋁合金焊接接頭組織性能及應(yīng)力腐蝕行為研究.pdf

1、2A14鋁合金作為傳統(tǒng)的航空航天鍛造鋁合金，廣泛應(yīng)用于國防制造行業(yè)。本文以2A14鋁合金焊接接頭為研究對象，通過對環(huán)縱兩條焊縫的剖切取樣，對比了焊接接頭宏觀組織變化、普通拉伸性能和應(yīng)力腐蝕條件下慢拉伸性能；并以環(huán)焊縫接頭組織為重點，研究了母材區(qū)、熱影響區(qū)、焊縫區(qū)的微觀組織變化、沖擊性能、硬度分布、剝落腐蝕性能、測定了焊縫區(qū)的應(yīng)力腐蝕門檻強度因子KIscc，對比了焊縫與母材C環(huán)試樣耐應(yīng)力腐蝕性能。
　　使用金相顯微鏡觀察了焊接接頭宏

2、觀組織，發(fā)現(xiàn)沿橫向中心線方向，母材區(qū)晶粒被軋制成長條狀，熱影響區(qū)晶粒與母材類似，熔合線晶粒為有方向性的柱狀晶，焊縫區(qū)為等軸晶，環(huán)焊縫比縱焊縫氣孔多。沿焊縫中心線方向，頂部為雜亂分布的發(fā)達樹枝晶，中部為近等軸晶，中心區(qū)晶粒直徑20μm，晶粒呈圓形均勻分布，沒有氣孔，下部是有方向性粗大柱狀晶，環(huán)焊縫下部存在焊接熱裂紋。
　　采用掃描分析、透射分析等手段研究了焊接接頭微觀組織，發(fā)現(xiàn)在母材區(qū)，存在粗大共晶組織、晶間第二相粒子(塊狀 Al2

3、Cu相)和晶內(nèi)析出200nm細長針狀θ相，θ相與基體取向關(guān)系為(010)α//(110)θ和[001]α//[001]θ。熱影響區(qū)由于受到焊接熱作用，晶界處 Al2Cu(θ相)數(shù)量增多，并連接成網(wǎng)絡(luò)狀；晶內(nèi) Al2Cu(θ相)與α-Al基體取向改變?yōu)?111)α//(211)θ和[-110]α//[-111]θ，基體與θ′相在(110)α存在部分共格關(guān)系，并在晶粒內(nèi)部發(fā)現(xiàn)位錯線和層錯斑點。焊縫屬于快速凝固組織，晶界出現(xiàn)離異共晶 Si相和

4、Al2Cu(θ相)，Al2Cu在[001]θ呈現(xiàn)為長10μm寬3μm桿狀，在[-1-12]θ呈現(xiàn)為直徑100nm橢圓；晶界處Al7FeMnSi(ω相)在[010]ω呈現(xiàn)為1μm橢圓狀；晶內(nèi)Al4Cu9(γ相)細小，在[-110]γ呈現(xiàn)為長500nm桿狀。
　　焊接接頭不同區(qū)域組織有差異，導(dǎo)致力學(xué)性能表現(xiàn)各異，在拉伸實驗中，母材的屈服強度、抗拉強度、延伸率顯著高于縱焊縫，縱焊縫又略高于環(huán)焊縫；母材拉伸斷口有明顯頸縮現(xiàn)象，屬于韌性斷裂

5、，存在大量韌窩組織，環(huán)焊縫拉伸斷口平齊，屬于脆性斷裂，氣孔多，裂紋從中萌生擴展，縱焊縫斷口與環(huán)焊縫類似，但裂紋較短，數(shù)量少。在沖擊實驗中，母材沖擊韌性最高，熱影響區(qū)次之，焊縫最差；焊縫區(qū)斷口存在大量氣孔，氣孔周圍分布許多長裂紋及微小二次裂紋，熱影響區(qū)斷口存在平行裂隙，尾部裂紋向下延伸，母材斷口均勻分布大量韌窩組織。在硬度實驗中，熱影響區(qū)晶粒沉淀強化效果最好，硬度最高，焊縫次之，母材最低。
　　使用剝落腐蝕溶液研究焊接接頭抗剝落腐蝕

6、性能，發(fā)現(xiàn)在焊縫區(qū)腐蝕坑向晶粒內(nèi)部延伸；在熱影響區(qū)，點蝕坑直徑和晶間腐蝕坑寬度均小于焊縫區(qū)；在母材區(qū)，晶間腐蝕少，點蝕坑數(shù)量多，腐蝕48h后晶粒完全被腐蝕。試樣失重率與腐蝕時間呈一次線性關(guān)系，24h之前，腐蝕速度快，24h之后，速度放慢。
　　為準確表征焊接接頭的抗應(yīng)力腐蝕敏感性，對環(huán)縱焊縫采用了慢應(yīng)變速率拉伸，試驗表明，與鹽水環(huán)境相比，焊縫在硅油中的斷裂強度高、斷裂時間長、延伸率高，可以認為焊縫在腐蝕介質(zhì)鹽水中的應(yīng)力腐蝕敏感性高

7、于惰性介質(zhì)硅油。實驗還發(fā)現(xiàn)，環(huán)焊縫的相對塑性損失 Iscc(δ)比縱焊縫高4.6％，相對斷裂強度損失 Iscc(σ)比縱焊縫高1.1%，說明環(huán)焊縫在介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕敏感性高于縱焊縫。雙懸臂梁實驗發(fā)現(xiàn)試樣腐蝕840h后裂紋擴展速率接近1.0×10-6mm/s，此時各試樣應(yīng)力強度因子KI相當于KIscc，該值收斂于20.56 MPa·m1/2，高于母材KIscc=12.43 MPa·m1/2，可認為焊接接頭更耐應(yīng)力腐蝕。C環(huán)實驗中，焊縫試樣