铝锂合金电子束焊接工艺优化及组织转变研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mengnan16
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2195铝锂合金的密度低于普通铝合金,同时其强度及塑性更高,因此具有广阔的应用前景。由于Li元素的沸点较低,在焊接时容易产生烧损,导致焊缝强化相析出数量不足,接头力学性能的降低。本文主要解决2195铝锂合金电子束焊接时Li元素烧损,保留焊缝中的强化相,提高接头的力学性能。2195铝锂合金进行电子束焊接时,焊缝中晶粒内部几乎不存在任何细小强化相,且晶界偏析较为严重,在晶界处析出了连续的脆性T2(Al6CuLi3)准晶相;焊缝Li元素的烧损率高达36%,焊缝发生明显软化,焊缝显微硬度以及抗拉强度仅为母材的60%左右;为减少Li元素烧损率,采用电子束热挤压焊接方法,虽然焊缝熔深减小,但接头底部扩散连接区域很小,未能形成有效连接,且熔化区中θ’(Al2Cu)强化相依然较少。在母材对接面添加纳米铜镀层后进行电子束热挤压焊接,接头未熔化区成形明显改善,由于发生低熔点共晶反应以及动态再结晶过程,形成一倒三角形的等轴晶区;熔化区Li元素烧损率仅为9%,熔化区强化相有效保留,晶内存在弥散分布的T1(Al2CuLi)、θ’(Al2Cu)相;等轴晶区中存在更多细小T1(Al2CuLi)和θ’(Al2Cu)相,晶界处存在较多离异共晶θ(Al2Cu)相;熔化区显微硬度较电子束焊接时明显提升,等轴晶区显微硬度较高;接头抗拉强度达到母材的70%。为保证形成有效连接的同时增加焊缝强化相数量,采用添加含Sc高强中间层电子束焊接方法,获得有效连接的焊接接头;焊缝组织显著改善,全部为极为细小的等轴晶;焊缝中出现了Al3Sc相,在等轴晶粒内部呈方块状析出,作为异质形核的核心有效细化了晶粒,同时具有阻碍位错运动的作用;晶界处原本连续的T2(Al6CuLi3)相转变为断续分布,且数量大大减少,晶粒内部出现了尺寸极小的T1(Al2CuLi)、θ’(Al2Cu)强化相;由于焊缝晶粒细化以及焊缝强化相数量的增加,接头的力学性能明显提升,焊缝的平均显微硬度达到112HV,相比于无Sc元素电子束焊接时提高了56%;接头的抗拉强度高达420 MPa,超过母材强度的80%。
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