钛和锆复合作用下2A12铝合金MIG焊焊缝组织细化机制分析

摘要

2A12属于Al-Cu-Mg系铝合金，是硬铝合金中的典型的一种，具有良好综合的力学性能。广泛的使用于建筑结构、航空航天、交通运输领域里，大量的用来制造飞机上蒙皮、骨架零件、隔框、铆钉、翼肋、翼梁等承力零件。2A12铝合金具有化学性质活波，导热性好，膨胀系数大等特点，在焊接的过程中容易出现焊接变形、表面被氧化，产生焊接热裂纹，焊接接头软化区宽度大，强度低，延展性和疲劳性能差等一系列问题，焊接结构件使用的过程中容易失效破坏，制了该合金焊接结构件广泛应用。为了克服上述缺陷，科研工作者在焊丝中添加孕育剂细化焊缝晶粒，发现添加细化剂的焊缝的力学性能和抗裂性能均有显著的提高。 本课题在传统的ER2319焊丝的基础上复合添加不同含量的Ti、Zr元素，研究不同Ti、Zr含量对2A12铝合金MIG焊焊缝组织和性能的影响规律以及Ti、Zr复合细化2A12铝合金焊缝的机理。首先通过正交试验分析不同参数对焊缝成型规律的影响。利用电子万能拉伸机，硬度计对不同焊丝焊缝进行力学性能测试，并且利用光学显微镜（OM），扫描电子显微晶（SEM），透射电子显微镜（TEM）对焊缝微观组织以及第二相粒子进行观察，以及使用X射线衍射仪（XRD），能谱仪（EDS）对焊缝的相组成和焊缝的元素分布进行分析，同时利用示差量热扫描仪（DSC）测量不同焊丝所焊焊缝的熔点，热焓以及形核反应温度，取得了以下研究成果： 对焊缝熔宽影响的因素按主到次的排列顺序是：焊接速度，焊接电流，焊接电压，焊丝的种类；对焊缝余高的影响因素按主到次的顺序是：焊接电流、焊丝、焊接电压以及焊接速度。焊接电流为50A，焊接电压为18V，焊接速度为900mm.min-1时焊缝表面成型最好。 Ti、Zr元素对2A12铝合金焊缝的细化作用是相容的。随着焊丝中Ti、Zr含量增加，所得焊缝的晶粒组织越细小，焊缝中的α（Al）+θ二元共晶组织由连续的网状分布变为颗粒状弥散分布，同时共晶组织变得细小。 当 Ti、Zr含量很低时，细化机制为包晶反应机制，即 Ti、Zr元素分别先和Al元素反应生成初生的Al3Ti粒子和Al3Zr粒子，在铝熔体结晶的过程中，初生的Al3Ti粒子和Al3Zr粒子充当α(Al)的异质形核核心，发生包晶反应，细化焊缝晶粒组织;当Ti，Zr含量很高时，细化机制包括包晶反应，同时还存在复合粒子-包晶理论，即Al3Zr粒子依附在Al3Ti粒子外层形成复合粒子，铝熔体以复合的粒子为异质形核核心，发生包晶反应，细化焊缝晶粒。

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第1章 绪论

1.1选题的依据、目的及意义

1.2 2A12铝合金焊接研究现状

1.3微合金化铝合金焊丝的研究现状

1.4铝合金细化机理研究现状

1.5 预实验

1.6研究内容

第2章 试验条件和研究方法

2.1试验材料

2.2试验方法

第3章 2A12铝合金MIG焊焊接工艺及组织和性能研究

3.1焊接工艺参数对焊缝成型的影响

3.2焊接工艺对焊缝组织的影响

3.3本章小结

第4章 不同Ti、Zr含量的焊丝对焊缝组织和性能影响

4.1焊丝的设计

4.2不同Ti、Zr含量的焊丝所焊焊缝金属显微组织

4.3不同Ti、Zr含量对焊缝力学性能的影响

4.4本章小结

第5章 Ti、Zr复合孕育2A12铝合金细化机制分析

5.1 Ti、Zr复合孕育铝铜合金细化效果分析

5.2 Ti和Zr元素在铝合金熔体中的分布情况

5.3 Ti和Zr元素在铝合金中存在的形式

5.4铝合金的熔点测定

5.5 Ti、Zr复合孕育细化铝合金机理讨论

5.6本章小结

第6章 结论

参考文献

硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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