2219T87铝合金及其焊接材料常温蠕变行为

摘要

随着2219铝合金在航空航天、载运工具等领域的广泛应用，其室温蠕变现象受到人们的重视。为了探究2219T87铝合金室温蠕变机理、长时蠕变特性、蠕变后性能变化，本文主要研究了以下四方面内容:
　　(1)2219T87铝合金及其焊接接头300h蠕变;
　　(2)拟合实验数据预测材料105h变形特征;
　　(3)焊接接头及蠕变后微观组织;
　　(4)材料室温蠕变前后的力学性能。
　　研究结果表明:2219T87铝合金及其焊接接头在低于屈服强度的300h恒载荷室温蠕变，具有典型的常温蠕变特征，蠕变初期短时间内具有较大蠕变速率，而随时间推移蠕变速率逐渐降低，在100h内蠕变曲线进入稳态蠕变阶段。载荷越大蠕变变形越大，相同载荷的拉伸蠕变速率和变形量均比压缩蠕变大。搅拌摩擦焊接头在200MPa载荷的蠕变变形大于母材，TIG焊接头150MPa载荷的蠕变变形大于母材200MPa载荷时的蠕变，表明焊接接头抗蠕变能力低子母材。200MPa载荷时搅拌摩擦焊焊核组织与母材变形相当，抗蠕变能力相近。
　　利用Origin软件对长时蠕变数据进行拟合。300h实验数据拟合曲线与数据点有较高的吻合度，满足对数变化规律，低应力时蠕变曲线较为平直、蠕变现象不明显。利用拟合曲线外推方法、预测计算材料105h变形特征，计算结果显示母材和焊接接头在低于屈服强度恒载荷105h的变形量低于1％。材料300h蠕变变形量占105h总变形量的70％左右，说明材料室温蠕变后期变形速率缓慢，但仍然存在随时间推移持续变形的现象，带有焊接接头的试样随恒载时间延长变形更加明显。
　　运用扫面电镜等分析铝合金的微观组织显示，2219T87铝合金基体为板条状组织，晶粒细长(长约300μm宽约25μm)。铝合金晶界处弥散分布着Al2Cu强化相，蠕变过程中由于位错运动切割粒子，使析出相弥散细化，而材料塑性变形能为析出相回溶提供驱动力，使析出相含量减少。搅拌摩擦焊接头由焊核和热机影响区组成，焊核区晶粒细小约为10μm，热机影响区无明显缺陷。TIG焊接头由焊缝、融合区、热影响区组成，焊缝中心区晶粒组织粗大约为100μm，热影响区存在气孔缺陷降低了接头整体性能。
　　2219T87铝合金母材的力学性能优于焊接接头，搅拌摩擦焊接头强度高于TIG焊，蠕变后材料的强度略有增加、断后伸长率明显降低。搅拌摩擦焊接头热机影响区硬度最低，约为90HV，TIG焊接头焊缝中心区硬度最低，约为75HV。铝合金拉伸断裂断口呈现明显的韧性断裂特征，由韧窝撕裂棱组成;蠕变后试样断口的韧性断裂特征有所减弱，搅拌摩擦焊和TIG焊焊接接头试样断口均出现在热影响区位置。