钛_铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头的组织结构

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1、第32卷第9期焊接学报Vol．32No．92011年9月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONSeptember2011钛/铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头的组织结构陈玉华，倪泉，黄春平，柯黎明(南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室，南昌330063)摘要:采用搅拌摩擦焊对TC1钛合金和LF6铝合金异种金属进行了搭接连接，研究了接头的微观组织结构．结果表明，当搅拌头旋转频率为1500r/min、焊接速度为60mm/min时，能获得焊缝成形良好、无孔洞和裂纹等缺陷的搭接接头，搭接处铝合金和钛合金充分混合，形成焊核区．焊核两侧进入铝合金中的钛合

2、金在搅拌针的挤压下发生了弯曲，使得钛/铝紧密结合．搭接接头中心部位的搭接界面区呈层状组织，可分为三层，靠近焊核和靠近钛合金母材一侧的均为黑白相间的条带状组织，含有焊接过程中生成的Ti-Al金属间化合物;夹在中间的为黑色片状组织和灰色基体上分布黑色颗粒的条带状组织，分别是被搅入界面区的钛合金母材和钛合金母材与铝合金母材的机械混合物．关键词:钛/铝异种金属;搅拌摩擦焊;搭接接头;微观组织;元素分布陈玉华中图分类号:TG456．9文献标识码:A文章编号:0253－360X(2011)09－0073－04［7］0序言的研究极少，Dressler等人用搅拌摩擦焊技术实现了Ti-6Al-4V钛合金和20

3、24-T3铝合金的对接焊，焊铝合金密度低、经济性好，钛合金在强度、耐腐接接头的抗拉强度达到铝合金母材的73%．Chen［8］蚀性等方面具有优势，随着航空发动机和飞机结构等人采用搅拌摩擦焊技术对纯钛和Al-Si合金进设计对“减轻重量、提高推重比、增加有效载荷”的行了搭接连接，观察了接头的微观组织、相结构，测要求越来越高，将钛合金与铝合金连接形成复合结试了接头的性能．［1，2］［3］构具有广阔的应用前景．赵鹏飞等人对钛/铝采用搅拌摩擦焊方法对TC1钛合金和LF6铝进行了钎焊连接，研究表明在结合界面上生成层状合金异种金属进行了搭接连接，研究了接头的显微的脆而硬的金属间化合物是钛/铝异种合金焊接所组

4、织和元素分布，为进一步改进工艺、获得优质焊接［4］存在的主要问题．Ren等人对钛和铝进行了扩散接头、促进钛/铝异种金属搅拌摩擦焊结构的应用奠［5］焊接，获得了无裂纹的焊接接头．姚为等人采用定基础．纯铝和纯钛为焊接材料对钛合金/铝合金进行扩散焊，结果发现接头强度取决于扩散区中冶金结合的1试验方法［6］程度及界面结构．陈彦宾等人利用散焦CO2激光束，通过对被焊材料进行预加工坡口处理，实现了厚试验材料为LF6铝合金和TC1钛合金，厚度为度为1．5mm的Ti-6Al-4V钛合金和5056铝合金的2mm，其化学成分和力学性能如表1、表2所示．激光熔－钎焊连接，并发现气孔是导致接头失效的主要因素．表1L

5、F6铝合金的化学成分和力学性能搅拌摩擦焊是1991年发明的一种全新的固态Table1CompositionandmechanicalpropertyofLF6连接方法，对克服异种材料性能差异所带来的焊接化学成分(质量分数，%)抗拉强度断后伸长率困难具有极大的优势，是比较理想的异种金属连接MnMgSiCuFeZnAlRm/MPaA(%)方法．目前国内外关于钛/铝异种金属搅拌摩擦焊0．65．80．30．10．30．15余量32015收稿日期:2010－08－02焊接时，钛合金和铝合金的相对位置按图1所基金项目:航空科学基金资助项目(2009ZE56011);轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室

6、开放基金资助项目(gf200901001)示．试验采用的搅拌头用高温合金制成，搅拌头轴74焊接学报第32卷表2TC1钛合金的化学成分和力学性能Table2CompositionandmechanicalpropertyofTC1化学成分(质量分数，%)抗拉强度断后伸长率AlMnFeSiCONTiRm/MPaA(%)2．01．80．10．150．10．150．05余量65020肩直径为13mm，搅拌针直径为5mm，表面加工有右螺纹．用自制的焊接夹具在铣床改装的搅拌摩擦焊机上进行焊接试验，在大量预试验的基础上选取搅拌头的旋转频率为1500r/min、焊接速度为60mm/min，搅拌头倾角为2°．

7、图2钛/铝搭接接头的宏观形貌Fig.2Macro-profileoflapjointofTi/Al图1钛合金与铝合金相对位置示意图(mm)Fig.1SketchofrelativepositionbetweenTialloyandAl2．2焊接接头的微观组织alloy图3为焊接接头的金相组织，LF6铝合金母材为轧制的条状组织(图3a)，TC1钛合金母材的组织焊后沿垂直于焊缝横截面方向制备金相试样，为(α+β)