7A52铝合金焊接接头表面纳米化前后组织与性能研究

摘要

7A52中强铝合金是制造军工产品的常用材料。针对该合金焊接接头强度低,综合性能比较差的现状,本文采用人工时效与高能喷丸相结合的方法对其双丝MIG焊焊接接头进行了表面纳米化处理,并对表面纳米化前后的接头组织和性能进行了研究,从而得到了7A52铝合金焊接接头表面纳米化的较优高能喷丸参数。利用光学显微镜、XRD、透射电镜、显微硬度仪等检测手段对表面纳米化前后的7A52铝合金焊接接头进行了结构与性能表征,结果表明:表面纳米化之前,母材具有明显的带状组织;焊缝呈等轴晶组织,晶粒尺寸大约为50μm左右。母材及焊缝表面的平均硬度分别为113 HV和97 HV。母材及焊接接头的磨损率分别为84.2％和96.8%。焊接接头的抗拉强度为271.4 MPa。经过高能喷丸处理以后,随着高能喷丸时间的增加,焊接接头表面晶粒尺寸逐渐减小、微观应变也相应减小。母材及焊接热影响区表层的带状组织消除。焊接接头各个区域的组织比较均匀、细小。焊接接头各个区域的表面硬度明显提高。纵截面的显微硬度随着距离表面深度的增加而逐渐减小,随着深度的进一步增加,硬度趋于稳定,直到与基体相等。当高能喷丸50 min后,母材变形层的厚度约为50μm,焊缝的变形层厚度约为70μm,焊接热影响区的变形层厚度约为60μm。通过XRD测定母材焊缝及焊接热影响区表面的晶粒尺寸分别为31 nm、35 nm、41 nm左右。在透射电子显微镜下观察母材、焊缝及焊接热影响区表面的晶粒尺寸分别为20 nm、28 nm和32 nm左右。焊缝与焊接热影响区的表面晶粒尺寸大于母材表面的晶粒尺寸,而且纳米晶粒的分布没有母材的均匀。同时发现在α-Al基体上有MgZn2相析出,焊缝及焊接热影响区中有Al4Cu9相析出。当高能喷丸50min后,母材表面的平均硬度约为270 HV,焊缝表面的平均硬度约为185 HV,相对于表面纳米化之前,母材表面的硬度提高约为2.5倍,焊缝表面的硬度提高约为2倍。母材的磨损率为64.5%,焊接接头的磨损率为69.7%,母材的耐磨性提高约为20%,焊接接头的耐磨性提高约为27.1%。焊接接头的抗拉强度为394.1 MPa,焊接接头抗拉强度提高约为45.2%。试验结果表明:经人工时效加高能喷丸处理以后的7A52中强铝合金焊接接头的综合性能有明显提高。得到当高能喷丸的弹丸材质为GCr15,距离为37mm,弹丸直径为φ8mm,系统振动频率为50Hz时,喷丸时间为50min时的表面纳米化参数较佳。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 7A52 铝合金的特点及其应用

1.2.1 7A52 铝合金的特点

1.2.2 7×××铝合金的发展与应用

1.3 7A52 铝合金的焊接

1.4 表面纳米化的研究现状

1.5 表面纳米化技术在焊接接头上的应用

1.6 课题研究的主要内容

1.7 课题研究的主要技术路线

第二章 试验材料和方法

2.1 试验材料及焊接工艺

2.1.1 试验材料

2.1.2 焊接工艺

2.2 高能喷丸表面纳米化试验设备以及方法

2.3 X 射线衍射测试

2.4 金相组织观察

2.4.1 光学显微镜观察

2.4.2 扫描电镜观察

2.4.3 透射电镜观察

2.5 力学性能测试

2.5.1 显微硬度测量

2.5.2 耐磨性测试

2.5.3 拉伸试验测试

2.6 本章小结

第三章 7A52 铝合金焊接接头表面纳米化前后的结构表征

3.1 7A52 铝合金焊接接头表面纳米化试验的工艺参数

3.2 X 射线衍射分析

3.3 7A52 铝合金焊接接头表面纳米化前后的组织分析

3.3.1 金相组织分析

3.3.2 透射电镜分析

3.4 本章小结

第四章 7A52 铝合金焊接接头表面纳米化前后的性能表征

4.1 显微硬度测试

4.1.1 表面显微硬度测试

4.1.2 纵截面的显微硬度测试

4.2 耐磨性测试

4.2.1 拉伸试验

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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