7A52铝合金焊接件应力腐蚀性能评价.pdf

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7A52铝合金焊接件应力腐蚀性能评价1 7A52铝合金焊接件应力腐蚀性能评价2 7A52铝合金焊接件应力腐蚀性能评价3 7A52铝合金焊接件应力腐蚀性能评价4 7A52铝合金焊接件应力腐蚀性能评价5 7A52铝合金焊接件应力腐蚀性能评价6 7A52铝合金焊接件应力腐蚀性能评价7 7A52铝合金焊接件应力腐蚀性能评价8
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 86   材料工程/2013年1O期 7A52铝合金焊接件应力 腐蚀性能评价       SCCEvaluationonWeldingSamplesof   7A52AluminumAlloy      张晓云,梅克力,熊文华,郭孟秋,高健  (1北京航空材料研究院,北京100095;          2重庆长安汽车责任有限公司,重庆400023)    —  —   —   ZHANGXiao~yun,MEIKeli。,XIONGWenhua,GUOMengqiu,GAOJian        (1BeiingInstituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095,China;      2ChongqingChanganAutomobileCo.,Ltd.,Chongqing400023,China)          摘要:应用慢应变速率拉伸应力腐蚀实验方法和恒载荷拉伸应力腐蚀实验方法评价了7A52铝合金焊接试样的应力腐            蚀(SCC)敏感性,并对断口微观形貌进行了分析。结果表明:使用5A56焊丝,采用金属焊条惰性气体焊接(MIG)工艺双               面焊制成7A52焊接件应力腐蚀敏感性比较低,具有较好的抗应力腐蚀开裂性能;但当使用环境温度较高、施加应力大  于9O             时,也有可能发生应力腐蚀开裂。断口微观分析表明焊接部位普遍存在气孔;高温或高应力下产生SCC开          裂的断口存在明显的二次裂纹,并且随着应力水平的增加,二次裂纹增大。      关键词:应力腐蚀开裂;焊接;铝合金— doi:10.3969/j.issn.10014381.2013.10.015  中图分类号:TG172.9   文献标识码:A ——— 文章编号:10014381(2013)10008607             Abstract:Thesusceptibilityofweldingsamplesof7A52aluminumalloytostresscorrosioncracking             (SCC)wasevaluatedusingtheslowstrainratetest(SSRT)anddirecttensionstresscorrosiontest.               ThemicrostructurewasalsoinvestigatedaftertheSCCtest.Theresultsshowlowsusceptibilityto                SCCofweldingjointby5A56weldingwire,metalinertiagas(MIG)procedureweldedfromboth                side.ItisalsopossibleSCCathigh1evelstressandhightemperature.TheSEMindicatedthereare                — poresinweldingpart.HighSCCsensitivitywasexpressedinhightemperatureorstress1eve1.Sec             ondarycrackingexistedonthefracturesurface,1argesizesecondarycrackingincreasesobviouslywith     thehigherofstressleve1.     Keywords:stresscorrosioncracking;welding;aluminumalloy  7A52铝合金是中强可焊合金结构材料,其熔铸方    便、成形性好,经轧制能获得比较理想的板材,具有高    的比强度、硬度、热加工性能好、塑性好、焊接性能优  良、耐蚀性和韧性好等优点,是航空航天器与地面车辆 —— 和装备的主要焊接结构材料。7A52铝合金是AlZn    Mg-Cu系合金,属于可热处理强化合金,通过改进固   溶处理和时效工艺,可使其性能得到改善。7A52铝合  金的抗剥蚀能力较差[1],通过不同的热处理或元素成         分调整可提高其抗应力腐蚀性能,但是以牺牲强度和降  低焊接性能为代价。7A52常用的焊接工艺为金属焊条   惰性气体(MIG)焊接,焊接中容易存在气孔和变形,影   响使用性能]。因此,提高其抗应力腐蚀性能,必须综  合考虑强度、应力腐蚀和焊接性能之间的制约关系[4]。 应力腐蚀的测试实验方法比较常用的有慢应变速    率拉伸(SlowStrainRateTension,SSRT)实验、恒载  荷实验、恒变形或恒位移实验等,广泛应用于研究合金  的化学成分、热处理及显微组织、电化学效应、环境介     质等对其抗应力腐蚀性能的研究[611]。本工作应用 慢应变速率拉伸应力腐蚀实验方法(SSRT)和恒载荷   拉伸应力腐蚀实验方法研究了7A52铝合金焊接件的 抗应力腐蚀性能。   1实验    1.1实验材料     焊板以7A52铝合金作基材、使用5A56焊丝(化  7A52铝合金焊接件应力腐蚀性能评价 87               学成分见表1),采用双丝气体保护焊(MIG)工艺,双   面焊制成。焊板经去应力回火处理,探伤检测合格后 加工制作试样。慢应变速率应力腐蚀实验用试样形状    —        和尺寸参见HB723595[],恒载荷拉伸应力腐蚀实  —  验用试样形状和尺寸参见HB525483],焊缝位于  试样工作段的中间部位。      表17A52合金和5A56焊丝的化学成分(质量分数/%)               Table1Chemicalcompositionof7A52aluminumalloyand5A56weldingwire(massfraction/%)    1.2实验方法       1.2.1慢应变速率应力腐蚀实验  —  参照GB/T15970.72OOO《金属和合金的腐蚀                应力腐蚀第7部分慢应变速率实验》[1]和HB—   723595《慢应变速率应力腐蚀实验方法》_】幻进行。  1.2.2恒载荷拉伸应力腐蚀实验  —    参照GB/T15970.42O00《金属和合金的腐蚀       应力腐蚀第4部分单轴加载拉伸试样的制备和应   —   用》[1和HB525483《变形铝合金拉伸应力腐蚀实     验方法》l1进行。  2结果与分析      2.1焊接试样的力学性能     焊接试样的力学性能见表2,表2中数据为3个     试样的平均值。与不同热处理状态的板材性能相比   较,焊接件的抗拉强度有所降低。    表2焊接试样的力学性能          Table2Mechanicalpropertiesofweldingsample         2.2慢应变速率拉伸(SSRT)应力腐蚀实验  ℃     SSRT实验分别在硅油(25)和3.5(质量分    ℃      数,下同)NaC1溶液(25,35,45,55)中进行,应变速  率选择5×   10S-1和5×           10S两种,实验结果见表    3,4,数据为3~5个平行试样的平均值,以断裂在焊接                 部位的试样为有效试样。SSRT条件下,评定合金应                   力腐蚀敏感性的指标包括断裂应力、断裂时间t、断      裂能E以及断口形貌特征的辅助分析等。腐蚀环境   中断裂应力越小且断裂时间越短的合金,其应力腐蚀   敏感性越大。应力腐蚀敏感性越大的合金,其力学性     能,如伸长率、断面收缩率相应的也要降低。根据      在环境和惰性介质中断面收缩率的比值/zM判定                  材料的应力腐蚀敏感性,一般认为cs/西tM>95时       材料没有应力腐蚀敏感性。      表37A52在不同介质中。应变速率为5×   10S-1时的  伸长率、断面收缩率和断裂强度            Table3Mechanicalpropertiesof7A52insilica0订and       3.5NaC1atthestrainrate5×    10s一      表47A52在不同介质中,应变速率为5×    10S时的  伸长率、断面收缩率和断裂强度            Table4Mechanicalpropertiesof7A52insilicaoiland       3.5NaC1atthestrainrate5×   10一S                 从表3和表4的实验结果可直观地看出,在   3.5NaC1溶液中,两种应变速率下,均表现为随着溶    液温度的升高,断裂时间缩短,抗拉强度下降。以应变  速率5×                 10S进行SSRT实验时,在不同温度下,             伸长率、断面收缩率的变化不明显;但以应变速率5×                  10S进行SSRT实验时,随着溶液温度的升高,伸  长率、断面收缩率呈下降趋势(见图1)。             将SSRT获得的各项力学性能指标加以处理,得  到的ISSRT综合指数较单项力学性能指数能更好地反  映应力腐蚀敏感性,   从0到1表示应力腐蚀敏感          性渐增。ISSRT计算公式如下1: 88    材料工程/2013年1O期\ . Q 葛∞   三     图1温度和应变速率对断面伸长率(a)和收缩率(b)的影响               Fig.1Theeffectofterr ̄perathreandstrainrateonelongation(a)andrateofareareduce(b)一  Lfw×    (1+f) 1   SSRT一  一 O'fA  0fA 1    入11_  7l     式中为在环境介质中的断裂强度,MPa为在惰                  性介质中的断裂强度,MPa;为在环境介质中的断         裂伸长率,;为在惰性介质中的断裂伸长率,。 ℃            将25下在硅油和3.5NaC1溶液中的数据进    行处理(见表5)。      表5253C时不同应变速率下的SCC敏感性比较           Table5SCCsusceptibilityat25 ̄Canddifferentstrainrates               如果仅通过。/M来评价,以应变速率为5×                 10S进行SSRT实验,7A52焊接试样具有一定的   SCC敏感性,而以应变速率为5×     10S进行SSRT       实验,7A52焊接试样无SCC敏感性。           根据综合指数I来看,两种拉伸速率下的            值均远小于1,可以认为7A52焊接试样SCC敏感性        很低,具有良好的抗SCC能力。             以/M指标作为SCC敏感性的评价指标,与           以综合指数ISSRT作为SCC敏感性的评价指标,得出的     SCC敏感性评价结果存在差异。原因是在硅油中进    行的SSRT实验的数据,应变速率5×    10S下的分  散性比5×       10S下的大,因此,以平均值计算/M               值的数据的误差相对要大些。并且cs/西计算  时仅涉及材料的断面收缩率一个性能指标,而 计                   算时涉及材料的断裂强度和断裂伸长率两个性能指   标,因此以            为SCC敏感的判据,较之以/M      为判据更为全面、准确。             从断口微观可以看出,焊接部位普遍存在气孔(图   2(a)和图2(c)),正常焊接组织呈多孔蜂窝状(图2(b)   和图2(d))。             对比两种不同拉伸速率下的断口微观可以发现,        在3.5NaC1溶液中,应变速率为5×      10S下的断               口呈现出明显的应力腐蚀开裂特征(见图3);而应变 速率为5×       10S下,相似形态的断口仅出现在温度  ℃      较高(55)的情况下(见图4)。                 综合力学性能指标评价结果和微观断口形貌分            析,尽管7A52焊接件具有较好的抗应力腐蚀能力,但              在7A52焊接试样的SSRT实验中,选择应变速率为5×                 10S进行实验,既能够反映7A52焊接试样在    不同环境中的应力腐蚀敏感性,又能够在比较短的时     间得到可信的实验结果。                  为了比较存在微观缺陷和具有表面保护涂层时  ℃    对应力腐蚀敏感性的影响,在35,3.5NaC1溶液    中,以应变速率5×             10S进行了三组实验(每组4                 个平行试样),一组人为制造缺陷,即在试样的工作              部位(即焊接部位)线切割制造了宽为0.2ram、长度    为1mm的缺口;一组为按照实际使用情况对铝合金                    进行阳极氧化后喷涂防护涂层;一组为焊接后未进         行热处理的。实验结果见表6。   可见,与在同等条件下无缺陷的试样相比较,存在                缺陷的情况下伸长率、断面收缩率、断裂时间、抗拉强  度都下降,说明焊接部位一旦存在缺陷,其应力腐蚀敏 感性将会增大。             与相同条件下无防护的试样实验结果比较,涂层   防护没有显示出优势,原因一是7A52焊接件本身应             力腐蚀敏感性低,二是防护涂层主要起到隔离腐蚀介               质的作用,在拉应力的作用下,一旦涂层产生裂纹,涂                层破裂的局部与整个试样受保护的其他区域相比形                 成大阴极小阳极的结构,电偶效应的影响反而促进               腐蚀的发展,因此,在构件的防护过程中,严格控制涂      \0;口2饕0等     …  微波法制备组成可控Cui/MWCNTs复合材料及其磁性能 97        [10]曹慧群,邵科,李耀刚,等.新型碳纳米管磁性复合材料的制备及 — 磁性能[J].硅酸盐学报,2008,36(9):12471250.          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