6082-T6铝合金熔化焊接头热软化及焊后时效恢复机理研究

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对于析出强化Al-Mg-Si合金而言,实际生产应用过程中的多阶段热加工过程会显著影响此类合金的微观组织和力学性能,而目前针对此类合金在热加工过程中强度损失和恢复的相关机理尚不明确,亟待深入和系统的研究。因此,本文选取了商用6082-T6铝合金,针对6000系铝合金在焊接过程中的强度损失和焊后力学性能恢复难题,系统研究了此类材料在焊接、焊后自然时效和人工烘烤过程中的微观组织演变和相应的力学性能变化,明确了此类铝合金材料在焊接热软化过程中的析出相演变过程,澄清了焊接工艺过程中强度损失的主要原因,得到了熔化焊接头各个微区在焊后时效工艺中的强度恢复机理,能够为实际生产过程中铝合金熔化焊的工艺设计提供良好的理论借鉴和工程指导。通过金相分析(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),对焊接接头热影响区、母材、焊缝和焊趾等区域的微观组织演变行为进行了精确表征,以探究焊接热软化和焊后强度恢复的相关机理。通过对6082-T6铝合金熔化焊接头热影响区和母材晶粒尺寸的量化计算,证明了焊接过程中晶粒长大并不是该合金热影响区强度损失的主要原因。在焊接中,6082-T6铝合金焊接接头热影响区内的各个微区经历了不同的热循环温度,其内部析出相的微观组织形貌发生了剧烈的演变,其中包括:(1)β"相的长大和尺寸粗化;(2)β"相的溶解;(3)β"相向U2相发生内部相变;(4)β"相向β’相和β相的固态相变。进一步的,根据透射电镜的观测和分析,本文证明了焊接引起的析出相演变才是热影响区热软化的主要因素。焊后自然时效和人工烘烤可以在一定程度上通过GP(Guinier Preston)区或β"相的再析出恢复焊接接头的力学性能。这是由于焊接的高温热输入和焊后的快速冷却可以等效为固熔处理的淬火的工艺过程,这会在铝合金内部生成超饱和固溶体,其中的溶质原子可以再焊后时效过程中再次脱溶析出,生成析出相,这为焊接接头提供了一定的强化效果。然而,接头内的微区对于自然时效和烘烤的相应存在差异,随着微区距离焊缝中心的距离减少,峰值温度和冷却速度增加,焊接生成的超饱和固熔体的过饱和度越高,微区在时效过程中力学性能的恢复能力越强。焊趾区域是焊接接头的所有微区中对焊后时效的反应最好的区域。通过EDS能谱扫描发现焊趾区域存在由于元素梯度和固态扩散引起的Mg、Si元素富集,加之该区域的峰值温度和冷却速度最高,所以该区域的过饱和度高于母材、焊缝和热影响区,进而促进了自然时效和烘烤过程中GP区和β"相的生成,提高了时效恢复响应。本研究工作有利于在铝合金焊接工艺设计中最大限度地恢复和提高焊接接头的力学性能,并且帮助从业者理解铝合金熔化焊强度损失的相关机理,提高在实际焊接工艺设计过程中的效率,本研究工作中的相关数据可以为轻量化生产领域中Al-Mg-Si合金的设计和制造提供重要的支撑,具有较高的科学价值和实践意义。
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