本文關(guān)鍵詞：2A14鋁合金焊接接頭組織性能及應(yīng)力腐蝕行為研究

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【摘要】：2A14鋁合金作為傳統(tǒng)的航空航天鍛造鋁合金,廣泛應(yīng)用于國(guó)防制造行業(yè)。本文以2A14鋁合金焊接接頭為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)環(huán)縱兩條焊縫的剖切取樣,對(duì)比了焊接接頭宏觀組織變化、普通拉伸性能和應(yīng)力腐蝕條件下慢拉伸性能;并以環(huán)焊縫接頭組織為重點(diǎn),研究了母材區(qū)、熱影響區(qū)、焊縫區(qū)的微觀組織變化、沖擊性能、硬度分布、剝落腐蝕性能、測(cè)定了焊縫區(qū)的應(yīng)力腐蝕門檻強(qiáng)度因子KIscc,對(duì)比了焊縫與母材C環(huán)試樣耐應(yīng)力腐蝕性能。使用金相顯微鏡觀察了焊接接頭宏觀組織,發(fā)現(xiàn)沿橫向中心線方向,母材區(qū)晶粒被軋制成長(zhǎng)條狀,熱影響區(qū)晶粒與母材類似,熔合線晶粒為有方向性的柱狀晶,焊縫區(qū)為等軸晶,環(huán)焊縫比縱焊縫氣孔多。沿焊縫中心線方向,頂部為雜亂分布的發(fā)達(dá)樹枝晶,中部為近等軸晶,中心區(qū)晶粒直徑20μm,晶粒呈圓形均勻分布,沒有氣孔,下部是有方向性粗大柱狀晶,環(huán)焊縫下部存在焊接熱裂紋。采用掃描分析、透射分析等手段研究了焊接接頭微觀組織,發(fā)現(xiàn)在母材區(qū),存在粗大共晶組織、晶間第二相粒子(塊狀A(yù)l2Cu相)和晶內(nèi)析出200nm細(xì)長(zhǎng)針狀θ相,θ相與基體取向關(guān)系為(010)α//(110)θ和[001]α//[001]θ。熱影響區(qū)由于受到焊接熱作用,晶界處Al2Cu(θ相)數(shù)量增多,并連接成網(wǎng)絡(luò)狀;晶內(nèi)Al2Cu(θ相)與α-Al基體取向改變?yōu)?111)α//(211)θ和[-110]α//[-111]θ,基體與θ′相在(110)α存在部分共格關(guān)系,并在晶粒內(nèi)部發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)線和層錯(cuò)斑點(diǎn)。焊縫屬于快速凝固組織,晶界出現(xiàn)離異共晶Si相和Al2Cu(θ相),Al2Cu在[001]θ呈現(xiàn)為長(zhǎng)10μm寬3μm桿狀,在[-1-12]θ呈現(xiàn)為直徑100nm橢圓;晶界處Al7Fe Mn Si(ω相)在[010]ω呈現(xiàn)為1μm橢圓狀;晶內(nèi)Al4Cu9(γ相)細(xì)小,在[-110]γ呈現(xiàn)為長(zhǎng)500nm桿狀。焊接接頭不同區(qū)域組織有差異,導(dǎo)致力學(xué)性能表現(xiàn)各異,在拉伸實(shí)驗(yàn)中,母材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率顯著高于縱焊縫,縱焊縫又略高于環(huán)焊縫;母材拉伸斷口有明顯頸縮現(xiàn)象,屬于韌性斷裂,存在大量韌窩組織,環(huán)焊縫拉伸斷口平齊,屬于脆性斷裂,氣孔多,裂紋從中萌生擴(kuò)展,縱焊縫斷口與環(huán)焊縫類似,但裂紋較短,數(shù)量少。在沖擊實(shí)驗(yàn)中,母材沖擊韌性最高,熱影響區(qū)次之,焊縫最差;焊縫區(qū)斷口存在大量氣孔,氣孔周圍分布許多長(zhǎng)裂紋及微小二次裂紋,熱影響區(qū)斷口存在平行裂隙,尾部裂紋向下延伸,母材斷口均勻分布大量韌窩組織。在硬度實(shí)驗(yàn)中,熱影響區(qū)晶粒沉淀強(qiáng)化效果最好,硬度最高,焊縫次之,母材最低。使用剝落腐蝕溶液研究焊接接頭抗剝落腐蝕性能,發(fā)現(xiàn)在焊縫區(qū)腐蝕坑向晶粒內(nèi)部延伸;在熱影響區(qū),點(diǎn)蝕坑直徑和晶間腐蝕坑寬度均小于焊縫區(qū);在母材區(qū),晶間腐蝕少,點(diǎn)蝕坑數(shù)量多,腐蝕48h后晶粒完全被腐蝕。試樣失重率與腐蝕時(shí)間呈一次線性關(guān)系,24h之前,腐蝕速度快,24h之后,速度放慢。為準(zhǔn)確表征焊接接頭的抗應(yīng)力腐蝕敏感性,對(duì)環(huán)縱焊縫采用了慢應(yīng)變速率拉伸,試驗(yàn)表明,與鹽水環(huán)境相比,焊縫在硅油中的斷裂強(qiáng)度高、斷裂時(shí)間長(zhǎng)、延伸率高,可以認(rèn)為焊縫在腐蝕介質(zhì)鹽水中的應(yīng)力腐蝕敏感性高于惰性介質(zhì)硅油。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),環(huán)焊縫的相對(duì)塑性損失Iscc(δ)比縱焊縫高4.6%,相對(duì)斷裂強(qiáng)度損失Iscc(σ)比縱焊縫高1.1%,說(shuō)明環(huán)焊縫在介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕敏感性高于縱焊縫。雙懸臂梁實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)試樣腐蝕840h后裂紋擴(kuò)展速率接近1.0×10-6mm/s,此時(shí)各試樣應(yīng)力強(qiáng)度因子KI相當(dāng)于KIscc,該值收斂于20.56 MPa·m1/2,高于母材KIscc=12.43 MPa·m1/2,可認(rèn)為焊接接頭更耐應(yīng)力腐蝕。C環(huán)實(shí)驗(yàn)中,焊縫試樣抗點(diǎn)蝕及應(yīng)力腐蝕性能高于母材,但不耐晶間腐蝕,各向擴(kuò)展的晶間裂紋中Al2Cu相被腐蝕產(chǎn)物Al2O3和Al(OH)3包圍,周圍出現(xiàn)二次小裂紋。母材C環(huán)試樣抗晶間腐蝕,但不耐應(yīng)力腐蝕;其內(nèi)部萌生的裂紋具有明顯應(yīng)力腐蝕裂紋特征,裂紋長(zhǎng)寬比大于60,沿垂直于軸向加載應(yīng)力方向擴(kuò)展,裂紋尖端為典型I型張開裂紋,裂紋內(nèi)部堆滿腐蝕產(chǎn)物Al2O3。
【關(guān)鍵詞】：2A14鋁合金 焊接接頭 微觀組織 應(yīng)力腐蝕
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG457.14
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 課題背景10
• 1.2 鋁合金焊接接頭組織與性能研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 鋁合金焊接接頭組織與性能11-15
• 1.2.2 焊接參數(shù)對(duì)接頭組織與性能影響15-16
• 1.3 應(yīng)力腐蝕概述16-20
• 1.3.1 應(yīng)力腐蝕基本特征16-17
• 1.3.2 應(yīng)力腐蝕性能的表征17-18
• 1.3.3 應(yīng)力腐蝕表征參量的測(cè)量方法18-20
• 1.4 鋁合金焊接接頭應(yīng)力腐蝕敏感性影響因素20-22
• 1.4.1 鋁合金焊接接頭應(yīng)力腐蝕特征20
• 1.4.2 影響鋁合金接頭應(yīng)力腐蝕的因素20-22
• 1.4.3 應(yīng)力腐蝕機(jī)理22
• 1.5 論文主要研究?jī)?nèi)容22-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與研究方法23-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)流程23
• 2.2 焊接構(gòu)件23-24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)試樣制備24-31
• 2.3.1 環(huán)焊縫和縱焊縫綜合分析24-25
• 2.3.2 焊接試板的取樣25
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)試樣制備25-31
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方案31-36
• 2.4.1 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方案31-32
• 2.4.2 剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)方案32
• 2.4.3 應(yīng)力腐蝕性能實(shí)驗(yàn)方案32-36
• 2.5 實(shí)驗(yàn)分析方法36-37
• 2.5.1 金相組織觀察36
• 2.5.2 掃描電子顯微鏡分析(SEM)36
• 2.5.3 X射線衍射分析(XRD)36
• 2.5.4 透射電子顯微鏡分析(TEM)36-37
• 第3章 2A14鋁合金焊接接頭組織與力學(xué)性能分析37-74
• 3.1 引言37
• 3.2 焊接接頭宏觀組織分析37-49
• 3.2.1 焊接接頭宏觀形貌37-38
• 3.2.2 焊接接頭局部形貌38-49
• 3.3 焊接接頭微觀組織分析49-62
• 3.3.1 焊接接頭物相分析49-50
• 3.3.2 焊接接頭母材區(qū)微觀組織分析50-53
• 3.3.3 焊接接頭熱影響區(qū)微觀組織分析53-57
• 3.3.4 焊接接頭焊縫區(qū)微觀組織分析57-62
• 3.4 焊接接頭力學(xué)性能及斷.分析62-72
• 3.4.1 焊接接頭拉伸性能及斷.分析62-68
• 3.4.2 焊接接頭沖擊性能及斷.分析68-71
• 3.4.3 焊接接頭硬度分布規(guī)律71-72
• 3.5 本章小結(jié)72-74
• 第4章 2A14鋁合金焊接接頭剝落腐蝕與應(yīng)力腐蝕行為研究74-91
• 4.1 引言74
• 4.2 焊接接頭剝落腐蝕行為74-78
• 4.3 焊接接頭慢速率拉伸下應(yīng)力腐蝕行為78-80
• 4.4 焊接接頭應(yīng)力腐蝕門檻強(qiáng)度因子KIS C C80-83
• 4.5 焊接接頭C形環(huán)應(yīng)力腐蝕敏感性83-89
• 4.6 本章小結(jié)89-91
• 結(jié)論91-92
• 參考文獻(xiàn)92-97
• 致謝97

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 劉志華;尚育如;寧立芹;胡太文;常志龍;;新一代運(yùn)載火箭貯箱焊接工藝評(píng)價(jià)的概念及應(yīng)用[J];導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù);2009年04期

2 張勇;綦秀玲;;LD10CS高強(qiáng)鋁合金TIG焊的接頭組織與性能分析[J];熱加工工藝;2012年13期

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本文編號(hào)：675456