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2O 材料工程/2011年9期 60mm厚度6061一T6铝合金板搅拌摩擦焊接 接头微观组织与力学性能 MicrostructureandMechanicalPropertyAnalysis — onDoublesidedFrictionStirWeldingJoints of60mm6061一T6AluminumAlloyPlate 贺地求,罗维,邬红光 (中南大学现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室,长沙410083) — — HEDiqiu,LUOWei,WUHongguang (KeyLaboratoryofDesignforModernComplexEquipmentand ExtremeManufacturing(MinistryofEducation),Central SouthUniversity,Changsha410083,China) 摘要:采用搅拌摩擦焊接方法对6061一T6铝合金板进行了60mm双面对接焊实验,研究了搅拌摩擦焊接接头的微观组 织与力学性能,结果表明:焊缝区微观组织沿厚度方向发生了不同程度的改变,焊接接头强度达到218MPa,为母材强度 “ ”“” 的70;焊接热循环引发的金属强化相重固溶和过时效是接头力学性能下降的重要原因,其中前进侧热机影响区 为焊缝薄弱环节。 关键词:双面搅拌摩擦焊;6061一T6铝合金;微观组织;力学性能 中图分类号:TG453 文献标识码:A — — 文章编号:10014381(2011)09002005— Abstract:Doublesidedfrictionstirweldingwasappliedtoconnectionof6061-T6aluminumallov plates,themicrostructureandmechanicalpropertiesofthejointswereinvestigated. TheresuItsshow — thatthemicrostructureundergoesdifferentchangesinthethroughthicknessdirection,thetensile — strengthofthejointreaches218MPa,70thatoftheparentmateria1.Theresolutionandover-aging — ofthestrengtheningphasescausedbyweldingthermalcyclehaveagreateffectonthestrengthdegra dation,andthethermalmechanicalaffectedzoneoftheadvancingsideistheweldingweakness . — Keywords:doublesidedfrictionstirwelding;6061-T6aluminumalloy;microstructure;mechanica1 property — 6061一T6铝合金属A1一MgSi系可热处理强化铝 合金,具有中等强度、良好的塑韧性、耐腐蚀性和挤压 性等优点[1。目前对于6061一T6铝合金的焊接国内外 通常采用钨极惰性气体保护焊(TungstenInertGas, TIG)和熔化极惰性气体保护焊(MetalInertGas, MIG),但这些方法存在易产生焊接裂纹和气孔、焊接 变形大、焊缝力学性能不高等问题,大厚度的铝合金焊 接则更加困难l_2]。与传统熔化焊相比,搅拌摩擦焊 (FrictionStirWelding,FSW)不存在熔化焊时的各 种缺陷,焊缝成形好,综合力学性能较高l_2]。 近年来随着工程技术要求的提高,大厚度铝合金 板在航空航天、航海以及轨道车辆等领域的应用得到 广泛重视,铝合金的厚板焊接开始成为研究的重点。 随着焊接厚度的增加,焊接难度越来越大,为了揭示厚 板焊接的规律,本工作对60mm厚度6061一T6铝合金 板进行了搅拌摩擦双道焊接工艺实验并对其焊缝成 形、组织形态和力学性能进行了分析。 1实验材料及方法 实验用材料是厚度为60mm的6061一T6(固溶+ 人工时效处理)铝合金板,主要化学成分如表1所 示。 表16061一T6铝合金的化学成分(质量分数/%) Table1Chemicalcompositionof6061T6 aluminumalloy(massfraction/) 24 材料工程/201i年9期 图8黑色MgzSi相的EDS曲线 Fig.8EDScurvesofMg2Siprecipitatedphases 2.4焊缝的力学性能分析 对于606l铝合金,MgSi相的尺寸、形态和含量 对力学性能影响很大,其一般析出过程如下:过饱和固 溶体一GPI区一GPII区(B针状)一I3一,焊前 6061一T6铝合金经过固溶时效处理后得到态强化 相,强度达到最高值的状态_g]。焊接时温度场分布沿 厚度方向存在较大差异,焊缝上部温度较高,焊缝组织 较多的MgSi相重新溶人基体,经过自然时效又缓慢 “ ” 地析出J3相,称为重固溶;较少的Mg。Si相在焊接 “ ” 热循环下聚集长大形成稳定的8相,称为过时效;而 焊缝底部温度较低,焊缝组织较少的MgSi相发生了“” “” 重固溶,较多地发生了过时效,因而焊缝底部较上 部出现更多的大尺寸J3相。由于真正起强化作用的是 ” 时效过程中析出并与基体保持共格或半共格关系的8 相,焊缝组织J3相的形态分布情况决定了焊缝的力学 性能[1,经过搅拌摩擦焊接,焊缝组织的8态MgSi 相形态分布发生了较大改变,力学性能也随之发生改 “ ” 变,结果表明焊接热循环引发的金属强化相重固溶“ ” 和过时效是导致接头力学性能下降的重要原因,改 善焊接区温度分布和焊后热处理是提高焊缝强度的有 效方法。 3结论 (1)采用双面搅拌摩擦焊成功焊接了60mm6061一 T6铝合金厚板,在搅拌头转速为lO00r/min,焊接速 率为80mm/min时,焊缝的抗拉强度达到了218MPa, 接头力学性能优良。 (2)采用搅拌摩擦焊方法焊接6061-T6铝合金厚 板,焊缝区出现了较大程度的软化,上、中、下部硬度值“” “” 均呈w特征分布,且w形波动幅度与范围从上到 下呈递减趋势。硬度最低值与拉伸断口均处于焊缝前 进侧位置,说明此位置是焊缝的最薄弱环节。 (3)焊缝组织形貌与强化相分布沿厚度方向存在 较大差异,在焊缝上部的温度较高,变形晶粒经历了较 多的动态再结晶过程,晶粒细小且晶界连续;MgSi相 发生了较少的长大粗化,大尺寸MgSi相数量较少; 焊缝底部的温度较低,变形晶粒发生了较少的动态再 结晶,晶粒不完全成形晶界不连续,而大尺寸MgSi 相数量较多。 (4)比较焊缝显微硬度与强化相形态分布,可以发 现焊缝强化相分布状况对力学性能影响较大,焊接过 “ ”“ ” 程中组织强化相的重固溶和过时效是导致焊缝力 学性能下降的主要原因。 参考文献 [1]中国焊接学会.焊接手册:第2卷[M].北京:机械工业出版社, 1992. [2]赵勇,付娟,张培磊,等.焊接方法对6061铝合金接头性能影响的 — 研究[J].江苏科技大学学报,2006,2O(1):9194. — — [3]李建国,谭红艳,史子木,等.利用FESEM分析A1一SiMg系和— A1一MgSi系合金中Mg2Si沉淀相[J].中国有色金属学报,2008,— 18(10):18201824. [4]周鹏展,李东辉,贺地求,等.2219一T6厚板搅拌摩擦焊沿厚度方 — 向的性能差异[J].焊接学报,2007,28(10):58. E5]周鹏展,钟掘,贺地求.LC52厚板搅拌摩擦焊组织性能分析[J]. 材料科学与工程学报,2006,24(3):429435. [6]周鹏展,钟掘,贺地求,等.2519厚板搅拌摩擦焊接工艺组织分析 — [J].中南大学学报,2006,37(4):114118. [7]周鹏展,李东辉,贺地求.7A52厚板搅拌摩擦焊[J].中国有色金 — 属学报,2006,16(6):964969. — — [8]GRAZYNAMROWKANOWOTNIK,JANSIENIAWSKI.In fluenceofheattreatmentonthemicrostructureandmechanical propertiesof6005and6082aluminumalloys[J].JournalofMate rialsProcessingTechnology,2005,162(16):367372. [9]佟建华,李炼,邓冬,等.6061-T6铝合金薄板的搅拌摩擦焊接[J]. 北京科技大学学报,2008,30(9):1011一1017. [10]胡尊艳.焊后时效对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性 能的影响[D].北京:北京交通大学,2008. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675228) —— — 收稿日期:20100310;修订日期:2011-0412 作者简介:贺地求(1964),男,硕士,教授,从事搅拌摩擦焊工艺及机 理研究,联系地址:长沙市中南大学新校区机电工程学院A座309室 (410083),Email:hdqzzpl@163.com 通讯作者:罗维,男,硕士研究生,联系地址:湖南省株洲市田心路1号 — 南车株洲电力机车有限公司电气设备分公司开发部(412001),Email: luowei213@163.corn
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