淬火冷却速率对6005A铝合金力学、耐蚀及FSW焊接性能的影响

作     者：徐峥峥 

作者单位：桂林理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘崇宇;周文标

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：6005A合金 淬火冷却速率 热处理 腐蚀 搅拌摩擦焊接 

摘      要：6005A合金是一种可热处理强化的Al-Mg-Si系铝合金,因其中等强度,良好的耐腐蚀性和易成型性而被广泛用于航空业、铁路运输,造船业和汽车工业中的铝合金部件的制造。但是淬火冷却速率对6005A合金的性能影响缺乏系统化的研究,利用先进的热处理工艺有效地改善铝合金的性能,降低生产成本,才能使其应用更加广泛。本文对6005A合金进行了不同的淬火冷却速率(空冷:0.27℃/s、风冷:1.01℃/s、水冷:47.27℃/s)的热处理实验,得到了空冷自然时效态(AC)、风冷自然时效态(FC-NA)、水冷自然时效态(WC-NA)、风冷人工时效态(FC-AA)、水冷人工时效态(WC-NA)5种不同状态的合金,并对不同状态合金进行了室温拉伸、晶间腐蚀、应力腐蚀以及搅拌摩擦焊接(FSW)。采用金相显微镜、电子扫描显微镜、透射电子显微镜对各样品进行微观组织观察和分析,使用显微硬度计和万能力学试验机对其进行了硬度测试和拉伸性能测试。细致地探究了工业中常用的淬火冷却方式对6005A合金力学性能、耐腐蚀性能及搅拌摩擦焊接性能的影响。研究结果表明:淬火冷却速率越大,6005A合金的硬度值越大,160°C的人工时效处理可以促进强化相β’’的析出,进而有助于合金强度和硬度的提升。低冷却速率(空冷)获得6005A合金具有最好的塑性以及最差的屈服强度和抗拉强度。高冷却速率(水冷)获得的6005A合金具有最高的屈服强度和抗拉强度以及最低的塑性。中等冷却速率(风冷)获得的6005A合金强度和塑性都位于空冷和水冷淬火二者之间,有较优异的综合力学性能。β’相分布及密度对6005A合金耐晶间腐蚀能力和抗应力腐蚀能力影响较大。较高的淬火冷却速率有助于提升6005A合金耐晶间腐蚀能力和耐应力腐蚀能力。但是WC-AA样品中细小且密集的晶间析出相和较宽的无沉淀析出带具有显著的原电池效应,所以表现出最弱的耐晶间腐蚀能力。AC样品因内部和晶界上有着数量较大的β’相,进而表现出较弱的耐晶间腐蚀能力和最弱抗应力腐蚀能力。母材状态不会显著影响FSW接头焊核区的晶粒尺寸和结构,但热影响区(HAZ)和焊核区(NZ)中沉淀相的组成取决于母材(BM)的相组成。具有较高淬火速率的WC-AA样品在FSW接头中不同的区域都表现出最大的硬度,这是因为BM中的高密度的β’’相、HAZ中高密度且细小的β’相和数量较多的溶质原子以及NZ中形成的GP区域。此外,FSW接头的断裂位置均发生在HAZ,HAZ的硬度越高,接头的屈服强度就越高。WC-NA接头由于在拉伸过程中具有很高的结构均匀性,因此表现出比其他FSW接头更大的延伸率和抗拉强度。