LY12铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

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1、LY12铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能研究张磊李从卿佟建华郭晓娟康举北京航空制造研究所100024摘要：采用搅拌摩擦焊对2mm厚的LY12铝合金薄板进行了对接试验，对焊接接头力学性能和各个区域的微观组织进行了分析。结果表明：搅拌摩擦焊焊核区组织为细小均匀的等轴晶，焊核区偏向于前进侧一边有白色弯曲条带物质出现;热机影响区晶粒沿流线方向被拉长，前进侧比后退侧变化明显；热影响区晶粒明显变大，晶粒大小约为50um～100um。通过拉伸强度、弯曲强度和显微硬度的测试，发现焊缝后退侧容易发生断裂，弯曲时易出现裂纹，同时是焊缝后退侧是显微硬度最低部位所在

2、。关键词：搅拌摩擦焊；LY12铝合金；显微组织；力学性能LYl2铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能研究CB2651—89、GB2653—89制取焊缝拉伸、弯曲试样，分别在zwIcKl00KN电子万能材料试验机、zlooKN电子万能试验机上进行拉伸、弯曲试验以测试接头的力学性能；根据GB／T4340．I—1999相关标准，采用HxD—l000维氏显微硬度仪在载荷2009，保持时间15s的测试条件下对母材及焊缝不同区域处的显微硬度进行测试分析。2试验结果及讨论2．1焊缝接头的显微组织焊后宏观金相组织如图2所示。可以看出其接头横截面组织可分为焊核区W

3、Nz(weldNuggetzone)、热机影响区TMAZ(ne咖alMechanicalA艉ctedZone)、热影响区TAZ(1'henmlA珏＆tedZone)以及母材区五部分。图2图2中D区、D’区分别为前进侧和后退侧的母材区组织，图3(a)为母材区组织的放大图。可以看出：母材为典型的板材状轧制组织。图2中A区为焊核区，可以看出焊核区呈“碗”状，在焊核区偏向前进侧一边出现了几条弯曲的白色条带物质，关于其组成成分有待于进一步研究，但通过该条状物质可以推测焊接过程中物质的运动轨迹。焊核区放大组织如图3(b)所示，从中可以看出，焊核区晶粒细

4、小均匀，这主要是由于焊核区在搅拌头强烈的搅拌作用和剧烈摩擦的作用下，温度较高、应变速率较大，满足金属冷变形所需的温度条件，组织发生动态再结晶[5]。由于焊缝区搅拌针搅拌作用很剧烈，组织变形度很大，驱动再结晶形核的储存能不断增加，而且形核率增加大于长大速度，因此由约翰逊一梅尔方程可知细小的等轴晶组织将逐步取代母材中的板条组织。由于晶粒发生了细化，预计焊核区力学性能得到相应的提高。图2中B区、B’区分别为前进侧和后退侧的热机影响区组织，可以看出，由于热机影响区组织接近焊核区，其组织仍然会受到搅拌针旋转搅拌机械作用的影响。前进侧热机影响区和焊核区

5、有明显的界面，而且靠近焊核区流线状组织非常明显；后退侧热机影响区和焊核区分界面比较模糊，这可能和后退侧所受剪切作用不如前进侧剧烈有关。图3(c)、(d)分别对应于其显微组织的放大图。由图可以看出，热机影响区组织晶粒不再是等轴晶粒，而是沿界面方向被拉长，晶粒发生明显变形，存在明显的流线形式[6—9]。从图中还可以看出，前进侧过渡区晶粒大小的变化要比后退侧晶粒大小变化更剧烈，接近热影响区的晶粒发生粗化，前进侧热机影响区晶粒大小约为10um一20um；后退侧晶粒比前进侧略大，晶粒大小约为20um一30um。图2中C区、C’区分别为前进侧和后退侧的

6、热影响区组织，图3(e)、(f)为其组织放大图。从图中可以看出，热影响区组织明显粗大，晶粒大小在50um一100um之间，由于受到加热影响的作用．部分晶粒发生融合，晶界消失，导致了晶粒的集聚长大，造成了粗大晶粒的形成。粗晶组织的形成在某种程度上导致了热影响区力学性能的下降。2．2焊缝接头的力学性能2．2．1焊缝接头拉伸力学性能选取焊缝接头试样在zwIcKl00KN电子万能材料试验机上进行室温拉伸试验，拉伸试样根据《焊接接头拉伸试验方法》(GB265lq9)制取，试验结果如表2所示。385焊接论文fa)母利区(b)焊核区(c)前进倒1、MA7

7、(d)后退侧’rM^zeI前进但0HA7n后退{I

8、iHAz图3焊缝微观金．ff}组织表2LYl2焊缝拉伸力学性能试样编号试样厚度／mm试样宽度／mm抗拉强度}／MPa屈服强度)／MPa1一I1．925．9l432．58312．751—21．926．02426．42300．85l一31．8325．97442．5312．39l一4I．8325．94446．25319．43l一5I．8225．96445．83320．04386LYl2锚合金搅拌摩擦焊接又组织及性能研究由以I：数据町得，断裂极限强度平均值为438．72MPa，为母材强度(456．

9、57MPa)的96％，屈服极限平均值为313．09MPa，为母材Jdi服强度(334．43MPa)的93．6％。IILJ件i式样在焊缝的后退侧发牛断裂，仅有一件断裂在前进侧。所以