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械連接結(jié)構(gòu)，可以進一步減重和降低成本。攪拌摩擦焊(簡稱FSW)是一種新型的固相連接工藝，通過高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭旋轉(zhuǎn)進入焊件形成焊縫，實現(xiàn)固相連接，能有效

2、實現(xiàn)鋁鋰合金的焊接。針對2系鋁鋰合金，本研究通過優(yōu)化摩擦焊攪拌頭參數(shù)以及焊接工藝參數(shù)，獲得了無內(nèi)部缺陷、焊合質(zhì)量優(yōu)異的攪拌摩擦焊焊接接頭。
　　采用宏觀變形量測試、顯微硬度測試和室溫拉伸力學性能試驗對攪拌摩擦焊接頭的性能進行了綜合的評價，同時通過金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)以及透射電子顯微鏡(TEM)等組織分析手段對接頭的微觀組織進行了細致的表征，得到主要結(jié)論如下：
　　(1)針對1.5mm厚的2系鋁鋰合金，本研究通

3、過優(yōu)化攪拌頭及焊接工藝參數(shù)獲得了無內(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性能為:屈服強度Rp0.2=324MPa，抗拉強度Rm=439MPa，延伸率δ％=9.04％，接頭強度系數(shù)達到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相近，其變化趨勢大致呈現(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。焊核區(qū)呈不對稱的“碗”狀，具有顯示材料流動形態(tài)的“洋蔥環(huán)”狀塑性流線。焊核區(qū)的顯微組織是細小等軸

5、的再結(jié)晶晶粒，熱機影響區(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。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，起到了第二相強化作用，所以基材的強度、硬度等力學性能都較好。焊核區(qū)的T1相和θ'相等強化相由于攪拌和高溫的作用發(fā)生了溶解;熱機影響區(qū)內(nèi)θ'相和S'相溶解，T1尺寸變大導致了硬度值的下降;熱影響區(qū)內(nèi)T1相和少量的θ'相保留，硬度的下