一種改善高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能的熱處理方法
【專(zhuān)利摘要】一種改善高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能的熱處理方法，其主要是將剛焊接完成的高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊工件放入盛有液氮(-196℃)的深冷容器中，保溫12-48小時(shí)；達(dá)到保溫時(shí)間后，將焊件從深冷容器取出，并在空氣中放置1小時(shí)；隨后將深冷處理的工件放入溫度已經(jīng)達(dá)到120-150℃的熱處理爐中，保溫8-16小時(shí)；保溫完成后，將焊件從熱處理爐中取出，并在空氣中冷卻至室溫。本發(fā)明能夠消除焊接接頭熱影響區(qū)的軟化，提高焊接接頭強(qiáng)度和塑性，抑制沿焊核偏析帶的低應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題，還具有工藝簡(jiǎn)單，能耗低，生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種改善高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能的熱處理方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】本發(fā)明涉及金屬材料焊接領(lǐng)域，特別涉及一種焊接頭的熱處理方法。
[0002]【背景技術(shù)】時(shí)效強(qiáng)化型鋁合金進(jìn)行攪拌摩擦焊接時(shí)，由于焊接過(guò)程中的攪拌作用以及熱效應(yīng)的影響，第二相粒子會(huì)發(fā)生粗大、回溶等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致焊接接頭的熱影響區(qū)、熱機(jī)械影響區(qū)或者焊核區(qū)存在軟化的問(wèn)題，使得焊接接頭橫截面的硬度呈“W”型或者“V”型分布，這些軟化區(qū)的存在顯著地影響了焊接接頭的力學(xué)性能。因此，如何通過(guò)焊后熱處理來(lái)調(diào)整焊接接頭的組織狀態(tài)和硬度分布，進(jìn)而提高焊接接頭的力學(xué)性能，就成為攪拌摩擦焊領(lǐng)域中的重要問(wèn)題。
[0003]在已有消除接頭軟化區(qū)的熱處理方法中，最先使用的方法是對(duì)焊接接頭進(jìn)行高溫固溶處理后再進(jìn)行人工時(shí)效，但這種工藝方法中的高溫?zé)崽幚頃?huì)使焊核區(qū)晶粒發(fā)生異常長(zhǎng)大，進(jìn)而導(dǎo)致接頭性能惡化。為此，有人嘗試采用溫度范圍在120~200°C內(nèi)的單一焊后時(shí)效處理來(lái)改善接頭性能。但是，若采用偏高溫度的單一時(shí)效處理，會(huì)導(dǎo)致熱影響區(qū)出現(xiàn)過(guò)時(shí)效問(wèn)題以及產(chǎn)生新的軟化區(qū)，例如焊后采用局部的高溫氣體或火焰加熱等方法；而采用偏低溫度的單一時(shí)效 處理，會(huì)促進(jìn)焊核區(qū)第二相粒子發(fā)生偏聚，進(jìn)而導(dǎo)致焊接接頭在偏聚帶發(fā)生低應(yīng)力破壞。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高焊接接頭的強(qiáng)度和塑性、抑制在焊核區(qū)沿偏析帶發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象的改善高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能的熱處理方法。本發(fā)明主要是通過(guò)深冷預(yù)處理，使得焊接接頭預(yù)先產(chǎn)生細(xì)小而彌散的第二相粒子，再通過(guò)低溫時(shí)效使得預(yù)時(shí)效產(chǎn)生的第二相粒子長(zhǎng)大，從而提高焊接接頭的力學(xué)性能。
[0005]本發(fā)明的熱處理方法如下:
[0006](I)將剛焊接好的高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊工件放入盛有液氮(_196°C )的深冷容器中，保溫12-48小時(shí)后，將焊件從深冷容器取出，并在空氣中放置I小時(shí)；
[0007](2)隨后將步驟(1)深冷處理的工件放入溫度到120-150°C的熱處理爐中，保溫8-16小時(shí)后，將焊件從熱處理爐中取出，并在空氣中冷卻至室溫。
[0008]本發(fā)明中被焊接工件的材質(zhì)為時(shí)效強(qiáng)化(又稱(chēng)為可熱處理強(qiáng)化)的2000、6000、7000系列高強(qiáng)度鋁合金。
[0009]本發(fā)明所依據(jù)的原理:
[0010]本發(fā)明所采用的熱處理工藝為預(yù)深冷處理后再進(jìn)行低溫時(shí)效處理。其原理為:一方面，預(yù)深冷處理對(duì)合金中空位濃度有顯著影響。由于空位與銅原子的相互作用，導(dǎo)致銅原子在空位附近聚集，相當(dāng)于預(yù)時(shí)效作用，進(jìn)而在隨后的低溫時(shí)效過(guò)程中，析出大量、細(xì)小、彌散分布的亞穩(wěn)沉淀相。另一方面，深冷處理還向基體中引入了一定數(shù)量的位錯(cuò)，其對(duì)溶質(zhì)原子和空位的運(yùn)動(dòng)具有阻礙作用，因而減小了在后續(xù)低溫時(shí)效處理中銅原子向已有偏析帶的偏聚傾向。上述兩方面的綜合作用，不僅從整體上改善了焊接接頭的拉伸性能，同時(shí)還有效抑制了沿焊核區(qū)偏析帶的脆性開(kāi)裂問(wèn)題。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012](I)不僅能夠提高焊接接頭的強(qiáng)度和塑性，還能抑制在焊核區(qū)沿偏析帶的開(kāi)裂問(wèn)題。[0013](2)焊后時(shí)效熱處理溫度低，對(duì)被焊母材組織和性能未產(chǎn)生不利影響，甚至還有一定程度的提高。
[0014](3)焊后熱處理方法簡(jiǎn)單易操作，節(jié)約能耗，生產(chǎn)成本低。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的2024-T3攪拌摩擦焊焊接接頭熱處理前后的硬度分布曲線圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的2024-T3攪拌摩擦焊焊接接頭熱處理前后的拉伸性能的對(duì)比圖；
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的2024-T3攪拌摩擦焊焊接接頭熱處理前后的拉伸斷裂位置對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0018]實(shí)施例1:
[0019]將兩塊長(zhǎng)200毫米，寬100毫米，厚度為2.3毫米的2024-T3鋁合金板材，以沿長(zhǎng)度方向的對(duì)接形式進(jìn)行攪拌摩擦焊焊接，其中，主軸轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌工具前進(jìn)速度為200暈米/分鐘，下壓量控制為0.2暈米。
[0020]將上述焊接好的鋁合金工件直接放入盛有液氮(_196°C )的深冷容器中，保溫24小時(shí)；保溫完成后，將鋁合金工件從深冷容器中取出，在空氣中放置I小時(shí)；將上述進(jìn)行過(guò)深冷處理的鋁合金工件放入溫度已經(jīng)達(dá)到120°C的熱處理爐中，保溫8小時(shí)；保溫完成后，將工件從熱處理爐中取出，并空冷至室溫。
[0021]對(duì)上述經(jīng)過(guò)熱處理的攪拌摩擦焊焊接接頭進(jìn)行垂直于焊接方向的顯微硬度分布測(cè)量和拉伸性能測(cè)試，結(jié)果如圖1所示，不僅消除了焊接熱影響區(qū)中的軟化區(qū)，并且整體提高了焊接接頭的硬度；如圖2所示，經(jīng)處理的接頭表現(xiàn)出良好的拉伸性能，其中均勻延伸率達(dá)到母材的80%，強(qiáng)度與母材相當(dāng)，而采用單一低溫時(shí)效處理的強(qiáng)度和塑性最差；如圖3所示，經(jīng)熱處理后的焊接接頭在焊核偏析帶處沒(méi)有出現(xiàn)單一時(shí)效處理時(shí)的接頭拉伸斷裂現(xiàn)象。
[0022]實(shí)施例2
[0023]將兩塊長(zhǎng)200毫米，寬100毫米，厚度為3毫米的6061-T3鋁合金板材，以沿長(zhǎng)度方向的對(duì)接形式進(jìn)行攪拌摩擦焊焊接，其中，主軸轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌工具前進(jìn)速度為800暈米/分鐘，下壓量控制為0.2暈米。
[0024]將上述焊接好的鋁合金工件直接放入盛有液氮(_196°C )的深冷容器中，保溫12小時(shí)；保溫完成后，將鋁合金工件從深冷容器中取出，在空氣中放置I小時(shí)；將上述進(jìn)行過(guò)深冷處理的鋁合金工件放入溫度已經(jīng)達(dá)到140°C的熱處理爐中，保溫12小時(shí)；保溫完成后，將工件從熱處理爐中取出，并空冷至室溫。
[0025]實(shí)施例3
[0026]將兩塊長(zhǎng)200毫米，寬100毫米，厚度為3毫米的7050-T7451鋁合金板材，以沿長(zhǎng)度方向的對(duì)接形式進(jìn)行攪拌摩擦焊焊接，其中，主軸轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌工具前進(jìn)速度為1000暈米/分鐘，下壓量控制為0.2暈米。[0027]將上述焊接好的鋁合金工件直接放入盛有液氮(_196°C )的深冷容器中，保溫48小時(shí)；保溫完成后，將鋁合金工件從深冷容器中取出，在空氣中放置I小時(shí)；將上述進(jìn)行過(guò)深冷處理的鋁合金工件放入溫度已經(jīng)達(dá)到150°C的熱處理爐中，保溫16小時(shí)；保溫完成后，將工件從熱處理 爐中取出，并空冷至室溫。
【權(quán)利要求】
1.一種改善高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能的熱處理方法，其特征在于: (1)將剛焊接好的高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊工件放入盛有液氮-196°C的深冷容器中，保溫12-48小時(shí)后，將焊件從深冷容器取出，并在空氣中放置I小時(shí)； (2)隨后將步驟(1)深冷處理的工件放入溫度到120-150°C的熱處理爐中，保溫8-16小時(shí)后，將焊件從熱處理爐中取出，并在空氣中冷卻至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的一種改善高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能的熱處理方法，其特征在于:所述被焊接工 件的材質(zhì)為可熱處理強(qiáng)化的2000、6000、7000系列高強(qiáng)度鋁合金。
【文檔編號(hào)】C22F1/04GK104017979SQ201410181041
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】付瑞東, 王佶 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)