2A14铝合金焊接接头组织性能及应力腐蚀行为研究

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1、国内图书分类号：TG146.22学校代码：10213国际图书分类号：669密级：公开工学硕士学位论文2A14铝合金焊接接头组织性能及应力腐蚀行为研究硕士研究生：樊彦杰导师：孙剑飞教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.22U.D.C:669DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringRESEARCHONMICROSTRUCTURE/PROPERTIESANDSTRESSCORROSIONBEHAVIOR

2、OF2A14ALUMINUMALLOYWELDEDJOINTSCandidate：FanYanJieSupervisor：Prof.SunJianfeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnol

3、ogy摘要摘要2A14铝合金作为传统的航空航天锻造铝合金，广泛应用于国防制造行业。本文以2A14铝合金焊接接头为研究对象，通过对环纵两条焊缝的剖切取样，对比了焊接接头宏观组织变化、普通拉伸性能和应力腐蚀条件下慢拉伸性能；并以环焊缝接头组织为重点，研究了母材区、热影响区、焊缝区的微观组织变化、冲击性能、硬度分布、剥落腐蚀性能、测定了焊缝区的应力腐蚀门槛强度因子KIscc，对比了焊缝与母材C环试样耐应力腐蚀性能。使用金相显微镜观察了焊接接头宏观组织，发现沿横向中心线方向，母材区晶粒被轧制成长条状，热影响区晶粒与母材类似，熔合线晶粒为有方向性的柱状晶，焊缝区为等轴晶，环焊缝比

4、纵焊缝气孔多。沿焊缝中心线方向，顶部为杂乱分布的发达树枝晶，中部为近等轴晶，中心区晶粒直径20μm，晶粒呈圆形均匀分布，没有气孔，下部是有方向性粗大柱状晶，环焊缝下部存在焊接热裂纹。采用扫描分析、透射分析等手段研究了焊接接头微观组织，发现在母材区，存在粗大共晶组织、晶间第二相粒子(块状Al2Cu相)和晶内析出200nm细长针状θ相，θ相与基体取向关系为(010)α//(110)θ和[001]α//[001]θ。热影响区由于受到焊接热作用，晶界处Al2Cu(θ相)数量增多，并连接成网络状；晶内Al2Cu(θ相)与α-Al基体取向改变为(111)α//(211)θ和[-11

5、0]α//[-111]θ，基体与θ′相在(110)α存在部分共格关系，并在晶粒内部发现位错线和层错斑点。焊缝属于快速凝固组织，晶界出现离异共晶Si相和Al2Cu(θ相)，Al2Cu在[001]θ呈现为长10μm宽3μm杆状，在[-1-12]θ呈现为直径100nm椭圆；晶界处Al7FeMnSi(ω相)在[010]ω呈现为1μm椭圆状；晶内Al4Cu9(γ相)细小，在[-110]γ呈现为长500nm杆状。焊接接头不同区域组织有差异，导致力学性能表现各异，在拉伸实验中，母材的屈服强度、抗拉强度、延伸率显著高于纵焊缝，纵焊缝又略高于环焊缝；母材拉伸断口有明显颈缩现象，属于韧性断

6、裂，存在大量韧窝组织，环焊缝拉伸断口平齐，属于脆性断裂，气孔多，裂纹从中萌生扩展，纵焊缝断口与环焊缝类似，但裂纹较短，数量少。在冲击实验中，母材冲击韧性最高，热影响区次之，焊缝最差；焊缝区断口存在大量气孔，气孔周围分布许多长裂纹及微小二次裂纹，热影响区断口存在平行裂隙，尾部裂纹向下延伸，母材断口均匀分布大量韧窝组织。在硬度实验中，热影响区晶粒沉淀强化效果最好，硬度最高，焊缝次之，母材最低。使用剥落腐蚀溶液研究焊接接头抗剥落腐蚀性能，发现在焊缝区腐蚀坑向-I-摘要晶粒内部延伸；在热影响区，点蚀坑直径和晶间腐蚀坑宽度均小于焊缝区；在母材区，晶间腐蚀少，点蚀坑数量多，腐蚀48

7、h后晶粒完全被腐蚀。试样失重率与腐蚀时间呈一次线性关系，24h之前，腐蚀速度快，24h之后，速度放慢。为准确表征焊接接头的抗应力腐蚀敏感性，对环纵焊缝采用了慢应变速率拉伸，试验表明，与盐水环境相比，焊缝在硅油中的断裂强度高、断裂时间长、延伸率高，可以认为焊缝在腐蚀介质盐水中的应力腐蚀敏感性高于惰性介质硅油。实验还发现，环焊缝的相对塑性损失Iscc(δ)比纵焊缝高4.6%，相对断裂强度损失Iscc(σ)比纵焊缝高1.1%，说明环焊缝在介质中的应力腐蚀敏感性高于纵焊缝。双悬臂梁实验发现试样腐蚀840h后裂纹扩展速率接近1.0×10-6mm/s