论文摘要
C24S铝锂合金合金是美国铝业公司（ALCOA）开发的新型铝锂合金。采用焊接接头代替飞行器的铆接和机械连接结构,可以进一步减重和降低成本,而搅拌摩擦焊（简称FSW）作为一种高效、优质、环保、低成本的新型固相焊接工艺,能有效实现铝锂合金的焊接。针对C24S铝锂合金,本研究通过优化搅拌摩擦焊焊接工艺参数,获得了无内部缺陷、焊合质量优异的搅拌摩擦焊接头。采用显微硬度测试,室温拉伸力学性能实验,腐蚀和疲劳性能测试对搅拌摩擦焊接头的性能进行了综合的评价,同时通过组织分析手段（金相显微镜,透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）,差示扫描量热法（DSC）,三维原子探针（3DAP）等）,对接头的微观组织进行了细致的表征,得到主要结论如下：（1）针对C24S铝锂合金,本研究通过优化焊接工艺参数获得了无内部缺陷的搅拌摩擦焊接头,较优的焊接工艺参数为旋转速率2400r/min,前进速率100mm/min,有水冷。有无水冷会对焊接质量起到很大的影响。（2）在最优的工艺参数条件下获得的接头力学性能为：屈服强度σ0.2=357MPa,拉伸强度σb=435MPa,延伸率δ=4.8%,接头强度系数达到81%。拉伸试样断裂的位置是前进侧的热机影响区与焊核区的边界处,这里应该是是垂直于焊缝方向的强度最差的地方。断口出现条带状特征,这主要与焊接过程中焊针周围材料的流动方式有关。（3）不同工艺参数条件下,搅拌摩擦焊接头焊缝区域的显微硬度分布趋势相近,焊核区的显微硬度值也相同。基材（BM）区域显微硬度值最大,硬度值在160HV左右,焊核区（WNG）和热机影响区（TMAZ）的边界处硬度值最小,硬度值在120HV左右,焊核区（NG）硬度值在130HV左右,热影响区（HAZ）硬度值低于基材但高于焊核区。（4）基材为薄饼状晶粒,沿轧制方向拉长。焊核呈不对称的“盆形”,焊核区的显微组织是细小等轴的再结晶晶粒,晶粒的平均尺寸大约是2.3μm左右,大部分晶界是大于15°的大角度晶界。热机影响区的晶粒组织与基材的晶粒组织不同,晶粒发生了偏转和变形。（5）基材内的沉淀相包括T1相、θ’相和S’相等,起到了第二相强化作用,所以基材的强度、硬度等力学性能都较好。焊核区内本来基材中存在的T1相和θ’相等强化相由于搅拌和高温的作用发生了溶解；热机影响区内T1相、θ’相和S’相溶解,导致了硬度值的下降,但观察到少量立方相；热影响区内T1相、θ’相保留,硬度的下降可能是由于经历了复杂的沉淀相溶解现象。（6）在EXCO溶液中浸泡96h后,基材发生严重剥落腐蚀,焊核区、热机影响区和靠近焊核的部分热影响区剥落腐蚀不明显。在晶间腐蚀溶液中浸泡6h后,基材发生严重的点蚀,没有观察到晶间腐蚀,焊核区发生晶间腐蚀和轻微点蚀,热影响区主要发生轻微点蚀,观察到少量的晶间腐蚀现象。在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线测试表明,焊核区、热影响区和基材的腐蚀抗力逐渐降低。（7）C24S合金在3.5%NaCl+0.5%H2O2溶液中有应力腐蚀敏感性,在溶液中拉伸的抗拉强度和延伸率都低于在空气中的拉伸结果。FSW接头在空气中和在3.5%NaCl+0.5%H2O2溶液中慢应变拉伸结果相似,表明C24S合金FSW接头在3.5%NaCl+0.5%H2O2溶液中应力腐蚀敏感性较低。（8）在MTS858上进行疲劳寿命试验,应力比R=0.1,加载频率为30Hz。基材的疲劳极限强度σmax=185MPa,FSW接头疲劳极限强度σmax=105MPa。
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相关论文文献
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- [2].TIG焊接电流对C24S铝锂合金接头组织和性能的影响[J]. 电焊机 2016(03)
- [3].C24S新型铝锂合金焊接工艺研究[J]. 热加工工艺 2020(07)
- [4].2198和C24S异种铝锂合金搅拌摩擦焊接头的显微组织和力学性能[J]. 中国有色金属学报 2014(07)
- [5].焊接方法对C24S铝锂合金组织和性能的影响[J]. 电焊机 2018(01)