论文部分内容阅读
喷射成形7055铝合金（Al-Zn-Mg-Cu合金）由于其高强高韧性,广泛应用于航空航天、高速列车等领域中。由于喷射成形铝合金特有的强化方式,使得传统熔化焊难以对其进行焊接。本文针对4mm的喷射成形7055铝合金,采用搅拌摩擦焊的方法进行焊接,研究了空冷及水雾冷却条件下搅拌摩擦焊接头的组织与性能,并分析了水雾冷却条件下搅拌摩擦焊水雾作用的机理。在空冷条件下,焊接速度为175mm/min,搅拌头旋转速度为900rpm时,接头断裂发生在了热影响区,为穿晶断裂;而在搅拌头旋转速度为1500rpm时,接头断裂发生在了焊核区,为穿晶和沿晶的混合断裂。EDS和DSC分析表明,两种接头的断裂主要是接头过热导致Al-Cu相在晶界处析出引起的。在搅拌头旋转速度为1300rpm焊接速度为75mm/min时,水雾冷却条件下搅拌摩擦焊接头强度最大（488MPa）达到了母材强度（632MPa）的77%,性能好于空冷条件下对应参数的接头性能。水雾冷却的作用改变了接头的硬度分布,接头热影响区的硬度得到了明显的提高,接头的软化区出现在焊核区。采用测量温度曲线的方式,结合SEM&EDS、XRD、DSC、TEM等微观分析手段对水雾冷却条件下的接头与相同参数空冷条件下的接头组织进行对比研究。结果表明,水雾冷却的作用可以有效降低焊接过程中测试点的峰值温度,在焊接过程完全结束时,水雾冷却条件下测试点的温度已经接近室温,而空气条件下测试点的温度还在100℃左右。SEM&EDS分析表明水雾条件下焊核区的晶粒十分细小,接头热影响区的Cu元素相较于空冷条件下含量减少。空冷条件下MgZn2主要在焊核区的晶内析出,而水雾冷却条件下MgZn2主要在焊核区的晶界析出。DSC和XRD分析表明,不管是空冷条件还是水雾冷却条件,接头中都会有强化相从基体中析出。TEM分析表明空冷条件下接头热影响区中的析出相尺寸远大于水雾冷却条件下的相。TEM高分辨形貌表明空冷条件下接头热影响区析出的Al2Cu、Al2MgCu和MgZn2与基体的相位关系为共格关系或半共格关系;接头焊核区的析出相Al2Cu和Al2MgCu与基体位相为非共格关系。在水雾冷却条件下接头热影响区和焊核区都保留了较多的η相和S相,并与基体成良好的半共格或非共格关系。因此水雾冷却使接头获得了第二相强化效果增强的组织,通过沉淀相的非共格强化使得接头性能得到了提高。