2024铝合金搅拌摩擦焊接头焊后电脉冲处理工艺研究

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搅拌摩擦焊技术自发明以来,便得到了国内外众多学者的关注,并已在各个领域中得到了广泛的应用。目前,铝合金搅拌摩擦焊仍存在一些问题,例如接头强度较低、塑性较差等。尽管已有一些学者通过采用焊后热处理来解决上述问题,但使用传统的炉式加热处理又会带来其它问题,例如铝合金材料在高温下易发生氧化和变形,零件尺寸受限于加热炉的大小等。电脉冲处理作为一种新颖的技术,现已被证明可代替炉式加热来对金属材料进行热处理,且具有传统热处理无可比拟的优势。因此,本文尝试对2024铝合金FSW接头进行焊后电脉冲处理,研究电脉冲处理对接头组织和性能的影响。首先,对2024-T4、2024-O铝合金板材进行FSW实验,研究了焊接速度对接头组织及性能的影响,并获得了较佳的工艺参数;然后,针对2024-T4铝合金FSW接头塑性较差的问题,尝试对接头进行电脉冲回归再时效处理,研究了不同电参数的电脉冲回归再时效处理对接头组织及性能的影响;接着,针对2024-T4铝合金FSW接头强度较低的问题,尝试对接头进行电脉冲固溶再时效处理,研究了不同电流密度电脉冲固溶处理和不同再时效方式对接头组织及性能的影响;最后,针对2024-O铝合金FSW接头塑性较差问题,尝试对接头进行电脉冲退火处理,研究了不同电流密度的电脉冲退火处理对接头组织及性能的影响。本文通过使用金相、硬度、拉伸、扫描电镜等测试手段来分析接头的组织和性能变化。研究结果表明:在2024-T4铝合金FSW实验中,随着焊接速度的提高,接头热机影响区的强化相粗化情况不断减弱,强度和延伸率均先增加后减少,在2024-O铝合金FSW实验中,随着焊接速度的提高,接头焊核区的强化相溶解程度不断降低,接头的强度未发生明显变化,但延伸率不断提高;在电脉冲回归处理实验中,随着电流密度和脉冲数目的增加,接头各个区域的Cu-Mg原子团簇溶解的程度随之增加,当经过5个脉冲数目电流密度为150A/mm~2的电脉冲回归处理后,与焊态接头相比,接头的延伸率提高了31.1%,在再时效阶段,经过自然时效处理后,接头的强度又恢复至接近焊态接头水平;在电脉冲固溶处理实验中,随着电流密度的增加,接头各个区域的强化相溶解程度不断增加,最终导致接头的强度不断下降且延伸率不断提高,在再时效阶段,经过人工时效处理后,与焊态接头相比,接头的抗拉强度提高了8.3%,屈服强度提高了8%,经过自然时效处理后,与焊态接头相比,接头的抗拉强度提高了4.1%,屈服强度提高了2.8%;在电脉冲退火处理实验中,随着电流密度的增加,焊核区和热机影响区的强化相粗化情况不断加剧,使得接头的延伸率不断提高,当电流密度达到160A/mm~2时,与焊态接头相比,接头的延伸率提高了84%。
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