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1、LY12鋁合金攪拌摩擦焊接頭組織及性能研究張磊李從卿佟建華郭曉娟康舉北京航空制造研究所100024摘要:采用攪拌摩擦焊對2mm厚的LY12鋁合金薄板進行了對接試驗,對焊接接頭力學性能和各個區(qū)域的微觀組織進行了分析。結果表明:攪拌摩擦焊焊核區(qū)組織為細小均勻的等軸晶,焊核區(qū)偏向于前進側一邊有白色彎曲條帶物質出現(xiàn);熱機影響區(qū)晶粒沿流線方向被拉長,前進側比后退側變化明顯;熱影響區(qū)晶粒明顯變大,晶粒大小約為50um~100um。通過拉伸強度、彎曲強度和顯微硬度的測試,發(fā)現(xiàn)焊縫后退側容易發(fā)生斷裂,彎曲時易出現(xiàn)裂紋,同時是焊縫后退側是顯微硬度最低部位所在
2、。關鍵詞:攪拌摩擦焊;LY12鋁合金;顯微組織;力學性能LYl2鋁合金攪拌摩擦焊接頭組織及性能研究CB2651—89、GB2653—89制取焊縫拉伸、彎曲試樣,分別在zwIcKl00KN電子萬能材料試驗機、zlooKN電子萬能試驗機上進行拉伸、彎曲試驗以測試接頭的力學性能;根據(jù)GB/T4340.I—1999相關標準,采用HxD—l000維氏顯微硬度儀在載荷2009,保持時間15s的測試條件下對母材及焊縫不同區(qū)域處的顯微硬度進行測試分析。2試驗結果及討論2.1焊縫接頭的顯微組織焊后宏觀金相組織如圖2所示??梢钥闯銎浣宇^橫截面組織可分為焊核區(qū)W
3、Nz(weldNuggetzone)、熱機影響區(qū)TMAZ(ne咖alMechanicalA艉ctedZone)、熱影響區(qū)TAZ(1'henmlA玨&tedZone)以及母材區(qū)五部分。圖2圖2中D區(qū)、D’區(qū)分別為前進側和后退側的母材區(qū)組織,圖3(a)為母材區(qū)組織的放大圖。可以看出:母材為典型的板材狀軋制組織。圖2中A區(qū)為焊核區(qū),可以看出焊核區(qū)呈“碗”狀,在焊核區(qū)偏向前進側一邊出現(xiàn)了幾條彎曲的白色條帶物質,關于其組成成分有待于進一步研究,但通過該條狀物質可以推測焊接過程中物質的運動軌跡。焊核區(qū)放大組織如圖3(b)所示,從中可以看出,焊核區(qū)晶粒細
4、小均勻,這主要是由于焊核區(qū)在攪拌頭強烈的攪拌作用和劇烈摩擦的作用下,溫度較高、應變速率較大,滿足金屬冷變形所需的溫度條件,組織發(fā)生動態(tài)再結晶[5]。由于焊縫區(qū)攪拌針攪拌作用很劇烈,組織變形度很大,驅動再結晶形核的儲存能不斷增加,而且形核率增加大于長大速度,因此由約翰遜一梅爾方程可知細小的等軸晶組織將逐步取代母材中的板條組織。由于晶粒發(fā)生了細化,預計焊核區(qū)力學性能得到相應的提高。圖2中B區(qū)、B’區(qū)分別為前進側和后退側的熱機影響區(qū)組織,可以看出,由于熱機影響區(qū)組織接近焊核區(qū),其組織仍然會受到攪拌針旋轉攪拌機械作用的影響。前進側熱機影響區(qū)和焊核區(qū)
5、有明顯的界面,而且靠近焊核區(qū)流線狀組織非常明顯;后退側熱機影響區(qū)和焊核區(qū)分界面比較模糊,這可能和后退側所受剪切作用不如前進側劇烈有關。圖3(c)、(d)分別對應于其顯微組織的放大圖。由圖可以看出,熱機影響區(qū)組織晶粒不再是等軸晶粒,而是沿界面方向被拉長,晶粒發(fā)生明顯變形,存在明顯的流線形式[6—9]。從圖中還可以看出,前進側過渡區(qū)晶粒大小的變化要比后退側晶粒大小變化更劇烈,接近熱影響區(qū)的晶粒發(fā)生粗化,前進側熱機影響區(qū)晶粒大小約為10um一20um;后退側晶粒比前進側略大,晶粒大小約為20um一30um。圖2中C區(qū)、C’區(qū)分別為前進側和后退側的
6、熱影響區(qū)組織,圖3(e)、(f)為其組織放大圖。從圖中可以看出,熱影響區(qū)組織明顯粗大,晶粒大小在50um一100um之間,由于受到加熱影響的作用.部分晶粒發(fā)生融合,晶界消失,導致了晶粒的集聚長大,造成了粗大晶粒的形成。粗晶組織的形成在某種程度上導致了熱影響區(qū)力學性能的下降。2.2焊縫接頭的力學性能2.2.1焊縫接頭拉伸力學性能選取焊縫接頭試樣在zwIcKl00KN電子萬能材料試驗機上進行室溫拉伸試驗,拉伸試樣根據(jù)《焊接接頭拉伸試驗方法》(GB265lq9)制取,試驗結果如表2所示。385焊接論文fa)母利區(qū)(b)焊核區(qū)(c)前進倒1、MA7
7、(d)后退側’rM^zeI前進但0HA7n后退{I
8、iHAz圖3焊縫微觀金.ff}組織表2LYl2焊縫拉伸力學性能試樣編號試樣厚度/mm試樣寬度/mm抗拉強度}/MPa屈服強度)/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錨合金攪拌摩擦焊接又組織及性能研究由以I:數(shù)據(jù)町得,斷裂極限強度平均值為438.72MPa,為母材強度(456.
9、57MPa)的96%,屈服極限平均值為313.09MPa,為母材Jdi服強度(334.43MPa)的93.6%。IILJ件i式樣在焊縫的后退側發(fā)牛斷裂,僅有一件斷裂在前進側。所以