本文關(guān)鍵詞：3003鋁合金釬焊用低熔點鋁基釬料及釬焊技術(shù)研究

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【摘要】：3003鋁合金為Al-Mn系防銹鋁合金,具有加工性、抗蝕性及焊接性良好等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用在航空航天、汽車、機械等領(lǐng)域。釬焊作為既精密又方便的連接方法,對鋁合金件的連接意義重大,但鋁基釬料的熔點較高,使得鋁合金釬焊的應(yīng)用受到限制。本文在Al-Si-Cu三元釬料的基礎(chǔ)上,添加Zn元素希望降低釬料的熔化溫度,提高鋪展性和釬焊接頭強度。采用正交試驗的方法設(shè)計并制備出9種不同成分的釬料,對它們進行熔點測試、鋪展性測試和微觀組織觀察,研究了Cu、Zn、Si含量對釬料組織和性能的影響,并對釬料成分加以優(yōu)化,制備了Al-20Cu-10Zn-7.5Si(10#)釬料。選取具有最優(yōu)釬焊工藝特性的低熔點釬料Al-25Cu-5Zn-7.5Si(7#)和Al-20Cu-10Zn-7.5Si(10#)對3003鋁合金進行了釬焊連接試驗,分析了不同的釬焊溫度和保溫時間工藝對釬焊接頭組織和性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,Cu、Zn元素對釬料合金熔化特性的影響最大,提高它們的含量都能顯著降低釬料的固、液相線溫度,但是與Cu元素相反,Zn元素含量越高,釬料的熔化區(qū)間越大;一定范圍內(nèi)提高Cu、Zn、Si元素的含量對釬料的鋪展性都是有利的。新型Al-Si-Cu-Zn釬料主要由三種相構(gòu)成:α(Al)固溶體基體、枝晶間不連續(xù)分布的第二相θ(Al2Cu)和彌散分布的針狀/塊狀Si相。θ(Al2Cu)相和Si相是脆性相,當Cu、Zn元素含量都較高時會使它們的晶粒變得粗大,且釬料中的共晶組織明顯減少。比較采用兩種不同釬料的釬焊接頭,發(fā)現(xiàn)Al-20Cu-10Zn-7.5Si(10#)釬料優(yōu)勢明顯。釬焊接頭由釬縫中心區(qū)和兩側(cè)擴散區(qū)組成,釬縫中心區(qū)共有α(Al)固溶體基體、沿固溶體晶界不連續(xù)網(wǎng)狀分布的θ(Al2Cu)、細針/塊狀的Si相和細小的Al Fe Mn Si四個相,擴散區(qū)由靠近母材的元素擴散層和向釬縫中心齒狀生長α(Al)固溶體層組成。采用Al-20Cu-10Zn-7.5Si(10#)釬料,當釬焊溫度從540℃提高到580℃(保溫時間為20 min)或保溫時間從10 min延長到60 min(釬焊溫度為550℃),釬縫整體寬度增加,釬縫中心區(qū)的各相晶粒變大,其中α(Al)固溶體所占面積比例顯著增加,擴散區(qū)齒狀α(Al)固溶體層逐漸增厚,釬料與母材間的界面結(jié)合能力得到增強;室溫下釬焊接頭的抗剪強度先上升后下降。570℃保溫20 min時,接頭的抗剪強度達到最大值70.8 MPa,約為3003鋁合金母材強度的53.3%。釬焊接頭的斷裂失效都源于α(Al)固溶體(釬縫中心區(qū)或擴散區(qū))晶界處不連續(xù)分布的脆性相。裂紋主要沿著基體相和脆性相的界面進行擴展,接頭剪切斷口整體呈現(xiàn)韌性-脆性混合斷裂特征。從母材到釬縫中心,α(Al)固溶體的硬度越來越大。釬縫中不可避免的存在一些氣孔、夾渣缺陷以及可以通過選擇合適的釬焊工藝有效避免的未焊透和熔蝕缺陷。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG454

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本文編號：1241602