al-cu-li合金电子束焊接工艺及接头组织与性能

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1、中图分类号TG457.14论文编号102870615-S083学科分类号080503硕士学位论文Al-Cu-Li合金电子束焊接工艺及接头组织与性能研究生姓名贲海峰学科、专业材料加工工程研究方向先进铝合金的焊接指导教师王少刚副教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyElectronbeamweldin

2、gtechnologyofAl-Cu-LialloyandmicrostructureandpropertiesofweldedjointAThesisinMaterialsScienceandEngineeringbyBenHaifengAdvisedbyAssociateProfessorWangShaogangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的

3、硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来，随着航空航天工业的飞速发展，铝锂合金作为高性能结构材料正逐步取代传统的高强铝

4、合金。目前工程上应用的铝锂合金主要为第3代铝锂合金，与第2代铝锂合金相比，第3代新型Al-Cu-Li系合金具有更加优异的性能特点，如合金的强度和韧性平衡良好、耐损伤性能优良、各向异性小、热稳定性好、耐腐蚀、成型加工性好等。但是，由于Li元素所具有的特性，采用传统的熔化焊方法焊接易出现焊缝气孔、热裂纹等缺陷，难以获得高质量的焊接接头。相比较而言，真空电子束焊具有能量密度集中、热影响区窄、焊接变形小以及保护气氛好等优点，用于Al-Cu-Li系合金焊接具有较大优势。基于此，本文对厚度为2.5mm的新型Al-Cu-Li合

5、金板材的电子束焊接工艺进行研究，重点分析电子束流对焊缝成形、接头组织与性能的影响。为了进一步改善接头的组织和性能，焊后对接头进行固溶+时效热处理。此外，还对接头的耐蚀性能进行了综合评价。金相组织观察表明，焊态下接头从熔合线到焊缝中心的组织依次为等轴细晶层、柱状晶及等轴树枝晶。在熔合线附近形成的细晶层主要与合金中含有的Zr和Li元素有关，细晶层的存在抑制了熔池边缘的联生结晶过程。在焊缝中心树枝晶的晶界处分布着大量的共晶组织，EDS能谱分析以及焊缝XRD测试表明，晶界共晶组织的组成主要为α+θ′(Al2Cu)。对焊缝

6、金属进行TEM观察，发现焊态下焊缝中的强化相数量较少，在晶界处还形成了晶界无析出物区。力学性能测试结果表明，焊态下由于Al-Cu-Li合金电子束焊接头热影响区的过时效软化以及焊缝金属的欠时效，使得热影响区和焊缝金属的显微硬度均低于母材，接头的抗拉强度与母材相比，有一定程度的下降。随着焊接热输入的增加，接头的抗拉强度降低。拉伸断口扫描观察显示，室温下接头拉伸断口呈典型的微孔聚集型断裂。对接头进行固溶+时效焊后热处理，接头焊缝区域的组织发生了显著变化，熔合线附近的等轴细晶带消失，焊缝中心区的组织由树枝晶转变为等轴晶，

7、焊态下晶界偏析现象得以消除。对热处理后的焊缝进行TEM观察，发现焊缝中析出了大量的球状δ′(Al3Li)相以及细针状T1(Al2CuLi)相，有效改善了焊态下焊缝的欠时效现象。热处理后接头的强度和显微硬度都有明显提高，接头的抗拉强度由焊态下的348MPa提高到热处理后的423.1MPa，拉伸断口表面均匀分布大量的韧窝。分别采用浸泡法和电化学腐蚀方法评价Al-Cu-Li合金焊接接头的耐蚀性能。当接头在晶间腐蚀溶液(IGC)中浸泡24h后，母材表面存在较深的蚀孔，焊缝区主要发生局部网络状的晶间腐蚀，热影响区沿轧制方向

8、上存在局部晶间腐蚀。接头在剥蚀溶液(EXCO)中浸泡，随着腐蚀时间的延长，腐蚀逐渐加重。母材区最先呈现出剥落腐蚀形貌，其次为热影响区。焊缝金属区在EXCOIAl-Cu-Li合金电子束焊接工艺及接头组织与性能溶液中浸泡96h后，未观察到有明显的剥蚀现象。电化学腐蚀试验测试结果表明，焊接接头的耐蚀性能好于Al-Cu-Li合金母材。关键词：Al-Cu-Li合金，电子束焊，显微组