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铝合金具有质量轻、比强度高、易加工和易回收等优点,广泛地应用在各个工业领域。6系和7系铝合金是两种应用较为广泛的沉淀硬化型铝合金系列,且随着汽车轻量化技术的发展,7系/6系铝合金连接件有着广泛的应用前景,如汽车保险杠、蓄电池支架等。由于7系高强铝合金焊接性能较差,通常被认为在传统熔化焊接上是不可焊的,限制了含有7系铝合金的装配件的应用。搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)是一种固相焊接技术,能量利用率高,焊接过程的温度低于母材的熔点,可以避免许多常见的熔焊缺陷,包括气孔、宏观偏析和热裂纹等。由于这些优点,FSW为解决难焊合金及异种合金的连接问题提供了有效的手段。本课题以7003-T4和6060-T4铝合金为研究对象,制备了空气中7003同种FSW接头和空气中、水下7003/6060异种FSW接头,分析了焊接过程中组织的演变规律和接头力学性能,研究了焊后热处理(PWHT)对接头组织和性能的影响,为通过接头组织调控提高其力学性能提供理论和技术依据。首先采用不同参数对7003-T4铝合金进行同种FSW,获得了最佳工艺参数。在所选工艺参数中,转速800 rpm,焊接速度40 mm/min(记为800-40)参数下接头抗拉强度最大,为340.4 MPa,接头强度系数为82.5%。800-40参数下焊接时,峰值温度最高达504℃,距离焊缝中心30 mm处温度仍能达到GP区溶解温度,前进侧(AS)温度比后退侧(RS)对应位置的温度略高。在接头热影响区(Heat affected zone,HAZ),晶粒内部GP区首先发生溶解,随后在加工和冷却过程形成η’相和GP区,晶界处预先存在的η’相转变成η相。在搅拌区(Stir Zone,SZ)由于动态再结晶,新的等轴晶取代母材中细长的晶粒;强化相完全溶解,随后发生η’相和η相的再析出。对焊态接头进行直接时效(AA)和T6焊后热处理的研究表明,焊后AA和T6热处理均提高了接头强度系数,接头抗拉强度分别提高到352.3 MPa和371.2 MPa,接头系数分别为85.3%和89.9%,接头分别断裂在HAZ和SZ处。AA热处理促进GP区析出和GP区向η’相转变,已存的η’相转变成粗大的η相,析出相呈晶界粗大相和晶内细小析出相并存的分布特征。T6热处理过程中沉淀相首先溶解,随后析出细小均匀η’相。其次,在7003铝合金同种FSW研究的基础上,对7003/6060铝合金进行异种搅拌摩擦焊(Dissimilar Friction Stir Welding,DFSW)。7003/6060 DFSW接头抗拉强度为159.2MPa,接头强度系数为78.3%,延伸率为10.4%。SZ处两母材相互混合很少,主要由放置在AS侧的7003组成,焊接过程中析出相完全溶解到Al基体,并在随后的冷却中再次析出η’相和η相,但数量较少。HAZ区,AS侧发生GP区溶解以及η’相和η相的析出,RS侧发生GP区和β’’相向β’转变,析出相密度降低,且晶粒发生长大。断裂发生在6060侧位于HAZ中的软化区,软化区的形成归因于析出相的粗化、数量降低和晶粒长大。在热机影响区(Thermo-mechanical affected zone,TMAZ)中由于不完全的再结晶,细小的等轴晶与拉长的晶粒共存。第三,首次采用水下FSW对7003/6060进行异种焊接。1000-120参数下水下异种搅拌接头(Underwater dissimilar friction stir weld,UDFSW)接头力学性能最佳,抗拉强度为183.9 MPa,延伸率为12.6%。水冷使软化区更加靠近SZ,与空气中接头相比该区域晶粒细化,析出相更为细小,数量更多,从而使UDFSW接头强度显著提高。SZ处通过连续动态再结晶机制形成细小的等轴晶。在TMAZ处,AS侧发生了动态回复和部分动态再结晶,TMAZ-RS以动态回复为主,小角晶界百分数增加。在HAZ处发生回复形成亚晶粒,小角晶界的百分含量提高。7003母材具有弱强度的Cube{100}<001>、中等强度E{111}<110>和强的{223}<122>织构,6060具有单一Cube{100}<001>织构。在SZ中形成简单剪切织构B/B?{112}<110>。HAZ处织构成分与BM保持一致。冷却方式对晶粒结构和织构转变有着明显的影响,在UFSW中,应变几何作用和晶粒分裂机制的作用越加明显。空气中制备的接头在冷却阶段发生回复,小角晶界百分数比水下接头高,SZ中形成<110>//剪切方向的丝织构。微观应变分布对晶粒结构演变有着重要影响,应变分布特征与晶粒大小有着明显的对应关系,同时也一定程度上决定了晶粒结构演变的机制。最后对1000-40 UDFSW接头进行焊后热处理,改善了焊接组织,提高了接头强度。对接头进行固溶-时效热处理,接头抗拉强度最大为254.0 MPa,断裂伸长率12.7%,接头强度系数为124.9%。固溶-时效热处理后接头中重新析出均匀分布的高密度的β’’相和GP区,从而获得了最高的接头强度。而且由于消除了软化区,拉伸时变形比较均匀,因此获得了较大的延伸率。焊态接头直接进行时效热处理,获得的接头最大抗拉强度为218.9 MPa,接头强度系数为BM的107.6%,伸长率为4.4%。时效过程中预先存在的β’相有一定程度的长大,软化区的固溶原子以GP区和β’’相析出,因此接头拉伸性能得到改善,但延伸率降低。