【摘 要】
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搅拌摩擦焊接技术(FSW)可实现Al-Zn-Mg-Cu系合金的有效焊接,但焊接过程组织结构的改变会使力学和耐蚀等性能受到影响。通常,焊缝耐蚀性相比于母材下降较为显著,大幅度降低了服役可靠性。Al-Zn-Mg-Cu系合金具有较高的局部腐蚀敏感性,因此,有必要研究该系合金搅拌摩擦焊接接头微观结构的变化对腐蚀行为的影响,探寻获得改善焊接接头耐腐蚀行为的方法。本文通过熔铸、均匀化、多道次热轧和固溶人工时效
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搅拌摩擦焊接技术(FSW)可实现Al-Zn-Mg-Cu系合金的有效焊接,但焊接过程组织结构的改变会使力学和耐蚀等性能受到影响。通常,焊缝耐蚀性相比于母材下降较为显著,大幅度降低了服役可靠性。Al-Zn-Mg-Cu系合金具有较高的局部腐蚀敏感性,因此,有必要研究该系合金搅拌摩擦焊接接头微观结构的变化对腐蚀行为的影响,探寻获得改善焊接接头耐腐蚀行为的方法。本文通过熔铸、均匀化、多道次热轧和固溶人工时效处理工艺制备低Cu高强Al-Zn-Mg-Cu合金板材,并进行不同焊接转速的搅拌摩擦焊接以及焊后热处理(PWHT)。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射技术、X射线衍射仪和透射电子显微镜对焊接接头微观结构进行观察和分析,采用显微硬度计、浸泡腐蚀技术和电化学工作站分别检测接头硬度及耐腐蚀性能,系统研究了焊接工艺及焊后热处理方式对焊接接头微观组织及耐腐蚀性能的影响。研究结果表明:经过搅拌摩擦焊接后,焊接接头的焊核区晶粒呈细小等轴状,并随焊接转速的提高,平均晶粒尺寸呈增大趋势(1.8μm增至7.4μm),主要的微米级粒子为破碎、均匀弥散分布的Al(Fe,Mn,Si,Cr)相。焊核和热影响区由于晶内析出相大量回溶,焊接接头硬度较低,呈近“U”型分布。随着转速的升高,热影响区的析出相回溶增多,沉淀强化效果减弱,硬度值下降更明显。经过焊后热处理的接头各区域的晶粒结构和微米级第二相粒子分布没有明显变化,但晶内析出高密度沉淀相,固溶再时效处理后的接头硬度基本恢复母材硬度值,其中PWSA(470/48)试样硬度最高。直接时效处理能明显提高焊核区硬度,但邻近的热影响区由于存在较多粗大析出相,软化现象未得到明显改善,PWAA(120/24)和PWAA(120/48)试样硬度呈“W”型分布。焊接接头腐蚀经历点蚀-晶间腐蚀-剥落腐蚀的过程,点蚀的起源是Al(Fe,Mn,Si,Cr)相,该相作为阴极促进了其附近基体的溶解;晶界连续析出相相对于基体或无沉淀析出带有更负的电位,促进晶界腐蚀的发生及发展。随着焊接转速的增加,焊核区腐蚀敏感性逐渐降低,热影响区中腐蚀敏感区域变宽。经过不同的焊后热处理,接头各区域晶内和晶界析出相的形貌和分布特征发生改变,腐蚀电位与电流的微区差异性使腐蚀性能呈区域化。PWSA(430/24)和PWAA(120/48)工艺处理后接头焊核区的腐蚀性能改善效果较好。
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