TiC-TiB2铝基复合焊丝对喷射成形7055铝合金TIG焊接头组织和性能的影响

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喷射成形7055铝合金具有组织均匀、晶粒细小、强韧性好等优点被广泛应用于航空航天等领域。但是采用传统焊丝焊接的7055铝合金热裂敏感性大,熔化焊接头软化严重,这大大限制了7055铝合金的应用。虽然可以通过调整焊接工艺参数来减少接头的热裂纹敏感性,但是组织和性能的恶化并未得到很好的解决。因此,有必要开发新的焊接材料来焊接7055铝合金。本研究采用“陶瓷颗粒-金属熔体-凝固前沿”模型,选择Ti C和Ti B2陶瓷颗粒作为增强相,采用原位混合盐反应法制备Ti C/7055(TC)和TiC-TiB2/7055(BC)复合焊丝,用于喷射成形7055铝合金的非熔化极惰性气体保护(TIG)焊;系统地研究了陶瓷颗粒对喷射成形7055铝合金的焊丝及TIG焊接头组织和性能的影响;此外,对焊接接头进行热处理,研究固溶和时效工艺对焊缝(WM)组织和性能的影响,结果如下:(1)焊丝的研究与制备。基于力平衡原理,通过“陶瓷颗粒-金属熔体-凝固前沿”模型,计算陶瓷颗粒与金属熔体之间的范德华力和范德华势,选择Ti C和Ti B2陶瓷颗粒作为增强相,并采用原位混合盐反应法制备TC和BC复合焊丝。无论是铸造态,还是T76热处理态,颗粒增强复合焊丝的组织和力学性能均优于铸造的7055铝合金。(2)陶瓷颗粒对焊态焊缝的组织和性能的影响。陶瓷颗粒使得焊缝显微组织从粗大的树枝晶转变为细小的等轴晶,减少焊缝合金元素的偏析,改善接头的热裂纹敏感性;有效地提高焊态接头的拉伸性能、硬度和冲击韧性。晶粒细化、Load-bearing强化、Zenner钉扎强化、热膨胀系数失配强化和固溶强化是焊态颗粒增强焊接接头的主要强化机制。(3)固溶-等温时效工艺对焊缝组织和性能的影响。固溶-时效处理过程中,陶瓷颗粒限制固溶和时效过程中焊缝晶粒的长大,加速合金元素固溶和时效析出,缩短焊缝到达峰值时效的时间,促进基体中GP-区、η’相的析出和弥散分布。475/2.5h+120/15 h处理的BC-WM和TC-WM的抗拉强度和延伸率可达530±15 MPa、3.9±0.29%和474±15 MPa、3.04±0.35%,均高于7055-WM的抗拉强度和延伸率(358±20 MPa、2.38±0.42%)。(4)固溶-非等温时效工艺对焊缝组织和性能的影响。非等温时效处理过程中,随着变温速率的减小,时效时间增加,力学性能增加,电导率增加,但是耐腐蚀性能下降。BC-20的强度和延伸率最高可达580±25 MPa和4.16±0.25%。与传统等温时效T6、T74和RRA处理相比,BC-40拥有高于T6处理的力学性能和接近T74和RRA处理耐腐性的同时,还大大缩短时效时间。高强力学性能和优异的耐腐蚀性能源于较窄的晶界无析出带、细小且弥散分布的沉淀相和不连续存在晶界沉淀相。无论是等温时效还是非等温时效,细晶强化、Load-bearing强化、Zenner钉扎强化、热膨胀系数失配强化以及沉淀强化是固溶-时效处理后颗粒增强复合焊接接头具有较高的硬度和强度的原因。
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