2A14铝合金焊接接头应力腐蚀行为研究

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高强铝合金广泛应用于国防工业和国民经济中,2A14铝合金作为高强铝合金中的一种,更具有良好的切削性和可锻性。但是,其耐蚀性较差,在使用过程中可能导致2A14铝合金在应力-腐蚀介质两者共同作用下失效,从而造成事故。虽然对铝合金的应力腐蚀已经进行了大量的研究工作,但关于2A14的研究工作尚不全面。在应力腐蚀的研究中,人们希望能够弄清楚腐蚀机理及断裂机制,通过数据来建立腐蚀应力-时间-寿命三者的关系模型,从而确保合金还在安全使用期限内。本文选择2A14铝合金作为研究对象,采用恒载荷加载的方式,结合文献及试验数据,选取50%屈服强度作为载荷,对2A14铝合金焊接接头的三部分:母材区、热影响区及焊缝区在3.5%ωt的NaCl盐溶液中的进行了不同时间段的腐蚀,通过SEM观察了随时间增加,试件腐蚀形貌的变化。同过EDS分析了裂纹附近及内部成分,得出了2A14铝合金应力腐蚀机理为阳极溶解。然后将应力腐蚀试件在SEM扫描电镜中进行原位拉伸试验,模拟工程应用中被应力腐蚀的2A14铝合金试件在使用中的断裂行为,并与未应力腐蚀试件进行原位拉伸对比试验,观察二者裂纹的萌生和扩展方式。最后通过两个试验收集的数据,提出了腐蚀寿命模型,本论文提出的模型主要考虑腐蚀时间与腐蚀裂纹扩展之间的关系,适用于恒载荷加载的条件下,具有重要科学意义。2A14铝合金母材区应力腐蚀敏感性最强,焊缝区次之,热影响区最弱。2A14铝合金为Al-Cu-Mg-Fe-Si系合金,含Mg-Fe相相对于铝基体为阳极相,自身发生阳极溶解,含Cu相相对于铝基体为阴极相,使周围铝基体发生阳极溶解。母材区首先腐蚀出点蚀坑,随着腐蚀时间的增加,逐渐以晶间腐蚀为主。热影响区的点蚀坑数目及面积较相同腐蚀时间下的母材区小,随着腐蚀时间的增加,点蚀坑逐渐发展为麻点腐蚀,腐蚀纵向深入形成腐蚀坑,坑内形貌为蜂窝状。焊缝区由于存在原始缺陷,点蚀坑及腐蚀裂纹容易沿这些缺陷处生核,形成剥落腐蚀。热影响区及焊缝区均为发现晶间腐蚀。2A14铝合金未应力腐蚀时,在拉应力作用下,二次相粒子首先发生破裂,裂纹不易扩展到铝基体中,只有载荷足够大时,微裂纹汇聚形成大裂纹,试件在主裂纹处断裂,主裂纹一般从二次相粒子中部断裂。对于存在应力腐蚀裂纹试件,应力腐蚀裂纹大多出现在原始缺陷处,在拉伸过程中这些裂纹沿晶界扩展,最终导致试件断裂。本文运用了三种腐蚀形态的几何模型测量了腐蚀失重情况,估计了不同腐蚀形态所占比例,与试验数据有较好的吻合。用统计和计算相结合的方法,确定了母材区腐蚀剩余寿命。
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