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7A52超硬铝合金焊接接头表面纳米化的试验研究

作　者: 何静
导　师: 陈芙蓉
学　校: 内蒙古工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 7A52铝合金双丝焊表面纳米化组织性能
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

7A52超硬铝合金是军用车辆常用材料,本文针对该合金双丝焊接接头因焊接热裂纹、气孔等缺陷所导致的强度、耐磨性等严重降低的实际问题,进行了该铝合金焊接接头表面纳米化的试验研究,旨在探索一条通过高能喷丸表面纳米化技术来提高该合金焊接接头综合力学性能的有效途径。通过正交试验确定了最优的焊接参数,并对人工时效后焊接接头的表层硬度、耐磨性、抗拉强度、冲击韧度、疲劳强度、残余应力等力学性能进行了测试研究;通过试验初步确定了7A52超硬铝合金焊接接头表面纳米化的工艺参数,并通过焊接接头表层硬度、耐磨性等测试,探讨了表面纳米化对焊接接头力学性能的影响规律,从理论上分析了7A52超硬铝合金焊接接头表面纳米化的机理。取得的主要结果和结论如下:焊接参数与人工时效参数工艺优化为:摆动频率40 times/min、焊接电流240 A、电弧电压16～24 V、送丝速度9～11 m/min、焊接速度35～50 cm/min、停留时间0.2～0.3 s、时效温度120℃、时效时间20 h。高能喷丸时间优化为20～30 min,其他表面纳米化工艺参数设计为:振动频率50 Hz、喷射距离33 mm、弹丸装入量500 g。表面纳米化前母材组织为α(Al)+T(Mg3Zn3Al2)相,焊缝组织为α(Al)+β(MgZn2)+ T(Mg3Zn3Al2)相,热影响区组织为α(Al)+T(Mg3Zn3Al2)相。焊缝的晶粒尺寸为49.5μm,热影响区的平均晶粒尺寸为98μm。焊接接头冲击韧度为21.3 J·cm-2;焊接接头抗拉强度为269.2MPa;焊接接头磨损率为0.0187%,母材的磨损率为0.0174%;靠近焊缝中心部位硬度最低,远离焊缝中心硬度逐渐增加,且热影响区较窄,约为20 mm;焊接接头疲劳寿命为3×106次的疲劳强度为40MPa;焊缝处是以纵向残余应力为主,其数值都低于焊接接头的屈服强度219MPa。表面纳米化后晶粒呈等轴晶,母材组织出现CuMnZn和AlMn相,焊缝和热影响区组织出现CuMnZn相,且母材、焊缝和热影响区均出现了第二强化相SiMnFe相。母材和焊缝、热影响区出现不同相的原因是由母材与焊丝所含化学成分的比例不同及焊接时部分金属元素烧损所致。焊缝表面平均晶粒尺寸范围为24.7～34.4 nm,约为表面纳米化前焊缝晶粒的0.05%;热影响区表面平均晶粒尺寸范围为26.6～31.5 nm,约为高能喷丸前热影响区晶粒的0.03%;母材表面平均晶粒尺寸范围为25.8～34.7 nm。表面纳米层厚度约为20μm左右。表面变形层厚度为36.5～159μm,变形层厚度随喷丸时间的延长而逐渐增加。表面纳米化后焊接接头硬度值明显增大,而且变化比较平缓,表层硬度达到均一化,焊缝、热影响区和母材的硬度分别提高了:2.52倍、1.79倍和1.11倍,且焊缝的硬度变化最大,没有改变原始焊态下的硬度分布状态。表面纳米化后焊接接头磨损率为0.0056%,是表面纳米化前焊接接头磨损率的29.9%;母材的磨损率为0.0049%,是表面纳米化前母材磨损率的28.2%。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 超硬铝合金的焊接研究现状  10-13
    1.2.1 超硬铝合金的搅拌摩擦焊  10-11
    1.2.2 超硬铝合金的双丝MIG 焊  11
    1.2.3 超硬铝合金的激光-电弧焊  11-12
    1.2.4 超硬铝合金的电子束焊接  12-13
  1.3 纳米晶体材料的特性  13-14
    1.3.1 纳米微粒的基本特性  13
    1.3.2 纳米材料的应用前景  13-14
  1.4 金属材料表面纳米化的研究现状  14
  1.5 表面纳米化的基本原理与制备方法  14-16
    1.5.1 表面涂层或沉积纳米化  14-15
    1.5.2 表面自身纳米化  15-16
  1.6 几种表面纳米化的原理比较及其优势  16-17
  1.7 表面纳米化技术在焊接接头上的应用  17-18
  1.8 本文研究内容  18-19
第二章试验材料和方法  19-28
  2.1 试验材料  19
  2.2 试验装置  19-22
    2.2.1 焊接试验装置  19-21
    2.2.2 表面纳米化实验装置  21-22
  2.3 试验工艺  22-24
    2.3.1 焊前准备  22
    2.3.2 焊接方法及参数  22-23
    2.3.3 焊后处理  23
    2.3.4 表面纳米化工艺  23-24
  2.4 金相组织观察  24-25
  2.5 力学性能测试  25-27
    2.5.1 表面纳米化前后焊接接头硬度测试  25
    2.5.2 表面纳米化前后焊接接头耐磨性测试  25
    2.5.3 焊接接头抗拉性能测试  25-26
    2.5.4 焊接接头冲击韧度测试  26-27
    2.5.5 焊接接头疲劳强度测试  27
    2.5.6 焊接接头残余应力测试  27
  2.6 本章小结  27-28
第三章焊接正交试验  28-39
  3.1 正交试验参数选定  28-29
  3.2 无损探伤  29
  3.3 冲击韧度极差分析  29-32
    3.3.1 冲击试验结果  29-30
    3.3.2 极差分析  30-32
  3.4 抗拉强度极差分析  32-34
    3.4.1 直接分析  32-34
    3.4.2 极差计算分析  34
  3.5 最优参数确定  34
  3.6 正交实验的方差分析与贡献率分析  34-37
  3.7 本章小结  37-39
第四章焊接接头显微组织及力学性能的测试与分析  39-52
  4.1 显微组织分析  39-43
    4.1.1 焊接接头的显微组织分析  39-41
    4.1.2 焊接接头的X-射线衍射分析  41-43
  4.2 力学性能测试与分析  43-50
    4.2.1 洛氏硬度测试与分析  43-44
    4.2.2 耐磨性测试与分析  44-45
    4.2.3 轴向疲劳测试与分析  45-46
    4.2.4 残余应力测试与分析  46-50
  4.3 本章小结  50-52
第五章表面纳米化对焊接接头显微组织及力学性能的影响  52-66
  5.1 表面纳米化对焊接接头显微组织的影响  52-62
    5.1.1 透射电镜分析  52-54
    5.1.2 X-射线衍射分析  54-61
    5.1.3 扫描电镜分析  61-62
  5.2 表面纳米化对焊接接头力学性能的影响  62-65
    5.2.1 表米纳米化对焊接接头硬度的影响  62-63
    5.2.2 表面纳米化对焊接接头耐磨性的影响  63-65
  5.3 本章小结  65-66
第六章全文总结  66-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
在读期间发表论文情况  72-73
个人简介  73

7A52超硬铝合金焊接接头表面纳米化的试验研究

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