Al-12.7Si-0.7Mg合金MIG焊与FSW接头微观组织与力学性能

摘要

铝硅合金具有低密度、低热膨胀系数、高耐磨性、铸造性能良好等诸多优点，被广泛地应用于汽车、航空航天等领域。然而，随着硅质量分数的增加（特别是共晶或过共晶铝硅合金），硅相尺寸变大，变形时由于脆性共晶硅和初生硅相易于断裂使之塑性极差，因此，高硅含量的铝硅合金一般不宜作为变形合金使用。东北大学在未添加变质剂的条件下通过改善半连续铸造铝硅合金凝固组织、细化共晶相及初生硅相，制备了具有良好塑性和高强度的不同硅质量分数的高硅含镁变形铝合金材料。
　　作为一种新型的高硅含镁铝合金，可时效强化Al-12.7Si-0.7Mg合金挤压型材除了具有传统高硅铝合金独有的高耐磨、高耐腐蚀、低热膨胀系数等性能外，还具有与6XXX系变形铝合金相当的室温强度和塑性及低成本的特点，因而其作为结构材料具有广阔的应用空间和市场前景。研究这种新型变形铝合金的焊接性能对推动其在焊接结构制造领域中的广泛应用具有重要的实际意义。
　　众所周知，焊接接头微观结构演化机制及力学性能关键影响因素的研究一直是焊接科学领域的研究热点。本论文利用微观组织结构表征和微观成分分析以及力学性能测试等手段进行了以下几个方面的研究:(1)系统地研究了Al-12.7Si-0.7Mg合金MIG焊和FSW接头的各区显微组织特征及演变规律，并揭示了力学性能变化的组织原因;(2)研究了焊后热处理工艺参数对Al-12.7Si-0.7Mg合金接头各区显微组织及力学性能演变的影响规律，在重点考察接头的时效析出行为的基础上，探讨了接头的强化机制;(3)研究了T6态Al-12.7Si-0.7Mg合金MIG焊及FSW接头各区（特别是软化区）微观组织特征及其对力学性能的影响，并揭示了接头软化区的形成机制。研究发现:
　　挤压态合金焊接性能良好，MIG焊接头抗拉强度可达到母材抗拉强度的90％以上，焊缝区强度和硬度最高。显微组织观察结果表明，焊缝区组织主要由α-Al枝晶、Al-Si共晶相以及少量Mg2Si、含Fe相等金属间化合物组成。
　　MIG接头T6处理后，各区硬度与强度相对T6处理前明显提升，焊缝区为最薄弱区域，这主要取决于焊缝区的析出相的结构、特征、尺寸及分布。经固溶处理后，焊缝区纤维状的共晶硅相发生粒化、粗化，均匀分布在α-Al基体上，时效温度和时间对硅颗粒的尺寸和形貌影响不大。接头在160℃时效，焊缝区和热影响区主要析出点状G.P.区和少量针状G.P.区;180℃时效析出相以点状和针状β

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 含Mg高Si变形铝合金的制备

1．2．1 Al-Si合金简介

1．2．2 Al-Si合金中共晶组织的细化方法

1．2．3 合金元素对Al-Si-Mg合金性能的影响

1．2．4 Al-12．7Si-0．7Mg合金挤压型材的制备

1．3 Al-Si-Mg变形合金的主要强化机理

1．3．1 热处理强化

1．3．2 细晶强化

1．4 铝合金焊接接头的微观组织与性能的研究

1．4．1 TIG焊接头微观组织与性能

1．4．2 MIG焊接头微观组织与性能

1．4．3 FSW接头微观组织与性能

1．5 本课题的研究意义和内容

第2章 实验材料、设备与方法

2．1 实验材料与研究方案

2．2 焊接试验

2．2．1 TIG与MIG焊接试验

2．2．2 FSW焊接试验

2．3 焊接接头基本性能试验

2．3．1 拉伸与金相试样的截取

2．3．2 接头力学性能检测

2．3．3 宏观及微观组织观察

2．3．4 X射线无损探伤试验

2．4 热处理实验

2．5 X射线衍射(XRD)物相分析

2．6 扫描电镜分析

2．6．1 SEM形貌观察

2．6．2 SEM-EBSD分析

2．7 电导率测量

2．8 透射电镜组织分析

第3章 Al-12．7Si-0．7Mg合金MIG焊接头组织与性能

3．1 Al-12．7Si-0．7Mg合金焊接裂纹倾向性研究

3．1．1 鱼骨状裂纹实验法

3．1．2 鱼骨状裂纹试验结果

3．2 Al-12．7Si-0．7Mg合金挤压型材MIG焊接头的制备

3．2．1 焊接参数及焊缝宏观形貌

3．2．2 焊接接头组织与力学性能

3．3 本章小结

第4章 Al-12．7Si-0．7Mg合金MIG焊接头热处理后的性能与组织演变

4．1 焊后热处理对挤压型材MIG焊接头力学性能的影响

4．1．1 固溶处理后接头力学性能

4．1．2 T6处理后接头力学性能

4．1．3 拉伸断口分析

4．2 MIG焊接头热处理后微观组织

4．2．1 固溶处理后接头组织

4．2．2 时效处理后接头组织

4．3 合金MIG接头的时效析出行为

4．3．1 合金挤压型材MIG焊接头焊缝区与热影响区的TEM形貌观察

4．3．2 固溶处理后接头焊缝区与热影响区的TEM形貌观察

4．3．3 时效后接头焊缝区与热影响区的TEM形貌观察

4．3．4 时效后接头焊缝区与热影响区的析出相结构的HRTEM分析

4．4 本章小结

第5章 Al-12．7Si-0．7Mg合金FSW接头性能与组织演变

5．1 焊接热输入对焊接缺陷的影响

5．2 热处理前后FSW接头显微组织与显微硬度分布

5．2．1 挤压型材FSW接头显微组织与显微硬度分布

5．2．2 T6处理后FSW接头显微组织与显微硬度分布

5．3 “Z”线缺陷对热处理前后FSW接头拉伸性能的影响

5．3．1 挤压型材FSW接头的拉伸性能

5．3．2 T6处理后FSW接头的拉伸性能

5．3．3 拉伸断口分析

5．4 FSW接头焊核区再结晶组织与织构的演变

5．4．1 母材的SEM-EBSD分析

5．4．2 FSW接头(2000r／min，800mm／min)的SEM-EBSD分析

5．4．3 FSW接头(800r／min，800mm／min)的SEM-EBSD分析

5．5 本章小结

第6章 T6态Al-12．7Si-0．7Mg合金MIG焊与FSW接头组织与性能

6．1 T6态合金MIG焊及FSW接头制备

6．2 MIG焊接头显微组织与显微硬度分布

6．3 FSW接头显微组织与显微硬度分布

6．4 T6处理后MIG焊与FSW接头的显微硬度

6．5 MIG焊及FSW接头拉伸性能对比

6．6 本章小结

第7章 结论

参考文献

致谢

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