7075铝合金搅拌摩擦焊构件应力时效微观规律研究

摘要

在现代飞机研制中，对飞机性能已提出更高的要求，飞机机体结构传统上使用的铆接装配结构已逐步被高性能、大型化的铝合金整体壁板结构所取代。针对传统铣削式整体壁板成形时材料利用率低且依赖于高效数控设备等问题，本文探索基于搅拌摩擦焊—时效成形复合工艺的整体壁板结构的低成本制造技术。以整体焊接筋板件为研究对象，开展其时效成形基础研究工作，既是时效成形技术的一种重要的发展方向，又对拓展和深化时效成形理论研究具有重要的学术意义。为此，本文选用航空用7075铝合金（Al-Zn-Mg-Cu系）板材为研究对象，基于前期研究，对比研究了峰值时效温度为180oC时非焊构件和T型搅拌摩擦焊（FSW）构件的可时效成形性，并借助于金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、透射电子显微镜（TEM）等微观检测手段，对其时效成形过程微观组织演变规律进行了系统表征。
　　研究结果表明，构件成形时因搅拌摩擦焊（FSW）工艺的存在会弱化T6态7075铝合金的宏观拉伸力学性能，而通过焊后的时效成形工艺可以使7075铝合金FSW构件的焊缝不均匀特征得到改善，提高其力学性能，且FSW工艺的存在会使材料的最佳时效成形时间提前。时效处理对FSW构件的母材区的硬度起到不利影响，随时效时间的增加，硬度下降。金相分析表明，母材区，随着时效时间的增加，组织晶粒尺寸有所长大，但黑色的聚集物有所减少，基体内的析出相减少，导致材料母材区的性能降低；在时效初期，热影响区，黑色第二相逐渐增多，12h时数量最多；且能谱EDS发现，增加时效时间基体内的Fe元素增加，导致热影响区的Al7Cu2Fe和Mg2Si析出强化相增多，增强了热影响区的力学性能。断口形貌分析发现，时效至12h时，断口韧窝变深、数量增多，材料的塑性能力增强，并通过TEM发现时效成形过程增加了热影响区的析出相，虽然由于焊接热影响的存在使得析出相η相（Mg2Zn）呈现粗化的趋势，但其应力时效过程总体上仍具有强化的作用，增强了固溶强化的作用，对焊缝的性能有一定的提升，增强了焊后材料的力学性能。且应力时效过程会使GBP的η相长大粗化，呈连续性分布，时效12h之后，开始呈非连续性分布；而PFZ随时效时间的进行逐渐变宽，直到时效16h时有所减小。