含铒铝合金TIG焊组织与性能

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Er元素是一种稀土元素,在铝镁基合金的材料改性中已被证实具有同Sc相同的作用,即通过Er元素的固溶强化、初生Al3Er粒子的细晶强化和次生Al3Er粒子对位错和亚晶界的钉扎作用来显著的提高铝镁合金的强度。由于普通铝镁合金在焊接过程中焊缝区会出现软化现象,成为焊接件强度的薄弱环节,限制了铝镁合金的使用范围。为研究Er元素对焊接接头的强化作用,本文研究了钨极氩弧焊、填丝焊接头中铒元素的存在方式和微合金化的作用。   通过钨极氩弧焊直接在1.5mm厚的冷轧含铒Al-Mg合金板材上焊接一道,对接头组织结构观察和力学性能测试。在焊缝的晶界处发现有初生Al3Er相析出,但与母材相比析出相数量较少,在晶界处未形成连续的环状,次生Al3Er相在焊缝中析出量极少,Er元素以固溶态和偏析的形式存在。Er元素对焊接接头的强化作用主要以初生相Al3Er粒子的细晶强化为主,而次生相对位错和亚晶界的钉扎作用很小。导致焊缝中Er元素对焊缝的强化作用降低,焊接接头力学性能明显下降,焊接接头的抗拉强度为297MPa,是母材的强度的72%。拉伸断裂位置主要是分布在焊缝中心或熔合区附近。   在不同的焊接工艺参数下,对1.5mm厚含铒铝合金板材进行对接TIG填丝焊,焊接在正、反两面惰性气体保护下进行,焊后对接头组织结构观察和力学性能测试,结果表明:在接头焊缝焊透的情况下,采用80A的焊接电流的焊接工艺参数可以得到最优的接头组织和力学性能,随着电流的增大,焊缝组织变得粗大、焊缝较宽、力学性能下降。80A时的焊接接头比100A时的焊接接头抗拉强度高出13MPa左右。因此,在焊接含铒铝合金时,在保证焊缝焊透的情况下,宜采用较小的焊接规范。   对焊接接头进行150℃退火1小时热处理,研究热处理对焊缝组织和力学性能的影响,热处理后试样在金相组织上没有明显的变化,在透射电镜下发现焊缝中的位错数量明显减少,亚晶界有扩展的迹象,抗拉强度较焊态下降了7%左右。   室温条件下对含铒铝合金焊接接头的疲劳强度试验,证明Er元素的细晶强化作用、初生Al3Er粒子对疲劳纹的扩展的阻挡作用及次生Al3Er对位错和亚晶界的钉扎作用都可以提高合金的疲劳强度。
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