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随着列车轻量化和高速化,给铝合金车体的焊接技术及其焊接结构可靠性带来更大的挑战。搅拌摩擦焊(FSW)是铝合金车体最具潜力的材料连接技术。7075铝合金由于比强度、比刚度较高、塑性较好,在载运工具制造以及航空航天等领域应用广泛。本文利用搅拌摩擦焊(FSW)技术,对厚度为6 mm的7075铝合金进行不同工艺平板对焊试验,使用一系列微观/纳观组织表征手段对接头焊核区(WNZ),热机影响区(TMAZ),热影响区(HAZ)及母材(BM)中的沉淀相尺寸及形状进行定量表征,并借助透射电镜(TEM)对不同形状沉淀相的高分辨图像进行观测,通过晶格条纹间距计算,实现对沉淀相种类的精确表征,以探求7075铝合金FSW接头不同微区强度失配机理。在此基础上,对接头进行FSW焊后常规热处理与分级热处理试验,并对热处理后接头微观组织以及显微硬度分布进行表征,进而优化热处理工艺参数。最后,借助拉伸卸载以及原位拉伸试验对7075铝合金FSW接头变形损伤机理进行研究。研究结果表明:(1)7075铝合金FSW接头显微硬度分布呈极其不均匀分布的“W”型,微区显微硬度值与微区中沉淀相种类和尺寸、晶粒尺寸及加工硬化行为有关;(2)接头中沉淀相主要有棒状MgZn2相、椭圆状AlCuMg相以及胶囊状Al2CuMg相三种;强化相种类不同,微区显微硬度值不同,AlCuMg相和Al2CuMg相强化效果好于MgZn2相;WNZ中沉淀相主要是AlCuMg和Al2CuMg,加之细晶强化,显微硬度较高,达到145 HV;相比WNZ,TMAZ中AlCuMg和Al2CuMg相对较少,MgZn2相对较多,显微硬度降低;HAZ中MgZn2相对更多,加工硬化和细晶强化效果也较弱,显微硬度进一步下降,HAZ与TMAZ交界处显微硬度达到整个接头的最低值,约为125 HV;(3)FSW接头中WNZ、TMAZ、HAZ及BM均出现无析出区(PFZ),PFZ的存在使接头在一定程度上发生软化;(4)7075铝合金最佳FSW工艺为搅拌头旋转速度800 r/min,焊接速度300mm/min,FSW接头抗拉强度为514 MPa,达到BM的91%。相比于原始接头,常规热处理与分级热处理后,接头中沉淀相经历了固溶处理+人工时效、沉淀相发生显著细化,显微硬度明显提高并趋于均匀分布,常规热处理与分级热处理后FSW接头平均显微硬度分别达到165 HV、160 HV;最佳热处理工艺为固溶温度470℃、时效时间36 h,最佳分级热处理工艺为一级时效时间12 h、二级时效时间12 h,常规热处理效果好于分级热处理。(5)7075铝合金FSW接头在拉伸过程中,微裂纹首先在WNZ底部形核,接着又在前进侧HAZ与TMAZ交界处形核,最终前进侧HAZ与TMAZ交界处的裂纹发展成主裂纹,主裂纹沿前进侧HAZ与TMAZ的交界处向前扩展导致接头断裂。前进侧HAZ与TMAZ的交界处是整个7075铝合金FSW接头的最薄弱环节。