C24S鋁鋰合金攪拌摩擦焊接工藝、組織和性能研究.pdf

1、C24S鋁鋰合金合金是美國(guó)鋁業(yè)公司(ALCOA)開發(fā)的新型鋁鋰合金。采用焊接接頭代替飛行器的鉚接和機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步減重和降低成本，而攪拌摩擦焊（簡(jiǎn)稱FSW）作為一種高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、低成本的新型固相焊接工藝，能有效實(shí)現(xiàn)鋁鋰合金的焊接。針對(duì)C24S鋁鋰合金，本研究通過(guò)優(yōu)化攪拌摩擦焊焊接工藝參數(shù)，獲得了無(wú)內(nèi)部缺陷、焊合質(zhì)量?jī)?yōu)異的攪拌摩擦焊接頭。采用顯微硬度測(cè)試，室溫拉伸力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，腐蝕和疲勞性能測(cè)試對(duì)攪拌摩擦焊接頭的性能進(jìn)行了綜合

2、的評(píng)價(jià)，同時(shí)通過(guò)組織分析手段(金相顯微鏡，透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)，差示掃描量熱法(DSC)，三維原子探針(3DAP)等），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：
　　 ⑴針對(duì)C24S鋁鋰合金，本研究通過(guò)優(yōu)化焊接工藝參數(shù)獲得了無(wú)內(nèi)部缺陷的攪拌摩擦焊接頭，較優(yōu)的焊接工藝參數(shù)為旋轉(zhuǎn)速率2400r/min，前進(jìn)速率100mm/min，有水冷。有無(wú)水冷會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量起到很大的影響。
　　 ⑵

3、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σ0.2=357MPa，拉伸強(qiáng)度σb=435MPa，延伸率δ=4.8％，接頭強(qiáng)度系數(shù)達(dá)到81％。拉伸試樣斷裂的位置是前進(jìn)側(cè)的熱機(jī)影響區(qū)與焊核區(qū)的邊界處，這里應(yīng)該是是垂直于焊縫方向的強(qiáng)度最差的地方。斷口出現(xiàn)條帶狀特征，這主要與焊接過(guò)程中焊針周圍材料的流動(dòng)方式有關(guān)。
　　 ⑶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，焊核區(qū)的顯微硬度值也相同?；?BM)區(qū)域

4、顯微硬度值最大，硬度值在160HV左右，焊核區(qū)(WNG)和熱機(jī)影響區(qū)(TMAZ)的邊界處硬度值最小，硬度值在120HV左右，焊核區(qū)(NG)硬度值在130HV左右，熱影響區(qū)（HAZ）硬度值低于基材但高于焊核區(qū)。
　　 ⑷基材為薄餅狀晶粒，沿軋制方向拉長(zhǎng)。焊核呈不對(duì)稱的“盆形”，焊核區(qū)的顯微組織是細(xì)小等軸的再結(jié)晶晶粒，晶粒的平均尺寸大約是2.3μm左右，大部分晶界是大于15°的大角度晶界。熱機(jī)影響區(qū)的晶粒組織與基材的晶粒組織不同，晶

5、粒發(fā)生了偏轉(zhuǎn)和變形。
　　 ⑸基材內(nèi)的沉淀相包括T1相、θ'相和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)內(nèi)本來(lái)基材中存在的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)T1相、θ'相和S'相溶解，導(dǎo)致了硬度值的下降，但觀察到少量立方相;熱影響區(qū)內(nèi)T1相、θ'相保留，硬度的下降可能是由于經(jīng)歷了復(fù)雜的沉淀相溶解現(xiàn)象。
　　 ⑹在EXCO溶液中浸泡96h后，基材發(fā)生嚴(yán)重剝

6、落腐蝕，焊核區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)和靠近焊核的部分熱影響區(qū)剝落腐蝕不明顯。在晶間腐蝕溶液中浸泡6h后，基材發(fā)生嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，沒有觀察到晶間腐蝕，焊核區(qū)發(fā)生晶間腐蝕和輕微點(diǎn)蝕，熱影響區(qū)主要發(fā)生輕微點(diǎn)蝕，觀察到少量的晶間腐蝕現(xiàn)象。在3.5％NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線測(cè)試表明，焊核區(qū)、熱影響區(qū)和基材的腐蝕抗力逐漸降低。
　　 ⑺C24S合金在3.5％NaCl+0.5％H2O2溶液中有應(yīng)力腐蝕敏感性，在溶液中拉伸的抗拉強(qiáng)度和延伸率都低于在空氣