熱處理對2219焊接接頭微區(qū)組織和性能的影響

]b位錯柏氏矢量2.86×10-10m[NOTEREF_Ref402859563\h75]r0位錯繞過強(qiáng)化相時的內(nèi)半徑2b[NOTEREF_Ref402859563\h75]材料的本征屈服強(qiáng)度393MPa2219-T876.2鋁合金盤（片）狀析出相強(qiáng)化模型的應(yīng)用如前所述，將2219鋁合金近似為二元Al-Cu合金，各參數(shù)采用文獻(xiàn)中的已知值，對2219-T87態(tài)焊接接頭熱影響區(qū)中接近過飽和固溶體的完全回復(fù)區(qū)進(jìn)行計算。在引用模型前首先對這兩個區(qū)域的成分進(jìn)行了WDS分析，分析結(jié)果見表22。從表中結(jié)果知道WDS分析無法區(qū)分出焊接接頭熱影響區(qū)各部分和母材的Cu含量，這主要是由于WDS分析的厚度層為探針一下0.1μm，而這種厚度范圍已經(jīng)可以把在微納米級的析出相包含在內(nèi)，所以，在含有這些析出相的地方所測定的結(jié)果均是不可用的，如在母材區(qū)和過時效區(qū)。同時，由于焊縫區(qū)Cu含量過低，過飽和度十分有限，在此同樣忽略。因此，在模型計算時僅利用完全回復(fù)區(qū)的EPMA分析結(jié)果做簡單對比。表22焊接接頭焊縫區(qū)及完全回復(fù)區(qū)EPMA分析結(jié)果區(qū)域Cu含量w%平行試樣數(shù)量焊縫區(qū)~24完全回復(fù)區(qū)~54過時效區(qū)~54母材~54由于筆者實驗所采用的性能表征量為硬度，因此將上述模型進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為鋁合金硬度增量后可得如下方程：(6.16)針對不同溫度熱處理后的模型計算結(jié)果和實驗值見表23，其中100℃和130℃經(jīng)過20h處理后處于欠時效階段，采用模型中的第二個關(guān)系式進(jìn)行計算，160℃及以上溫度經(jīng)過20h處理后處于過時效階段，采用模型中的第三個關(guān)系式進(jìn)行計算。表23完全回復(fù)區(qū)模型計算結(jié)果及與實驗值對比工藝計算值實驗值100℃×20h23.920130℃×20h31.87230160℃×20h44.612845175℃×20h28.249832190℃×20h18.275423210℃×20h10.567915230℃×20h6.33555250℃×20h3.92843采用柱狀圖的形式將計算值與實驗值對比如圖61所示。從圖中可以直觀看出，該模型的預(yù)測值與實驗值基本吻合，在欠時效階段計算值略高于實驗值，在過時效階段計算值略低于實驗值，這可能與析出相的時效強(qiáng)化機(jī)制有關(guān)。此外，顯微硬度的變化還包含因溶質(zhì)含量降低導(dǎo)致的固溶強(qiáng)化效應(yīng)降低以及實驗過程中的人為誤差等因素，所以目前的差異值在可接受的范圍內(nèi)。圖61完全回復(fù)區(qū)顯微硬度差值計算值與實驗值對比6.3本章小結(jié)本章節(jié)采用劉剛等建立的鋁合金盤（片）狀析出相時效強(qiáng)化模型對2219-T87鋁合金VPTIG焊接接頭中與過飽和固溶體最為相似的完全回復(fù)區(qū)的析出相演變進(jìn)行計算，計算結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合。二者之間的少量差異主要來源于模型建立過程中的各種簡化假設(shè)、2219鋁合金作為商業(yè)合金具有的復(fù)雜性以及實驗誤差等。第七章結(jié)論第七章結(jié)論本文首先對6mm厚2219-T87和2219MCS/C10S變極性鎢極氬弧焊焊接接頭各微區(qū)組織性能及其在溫循環(huán)和熱處理條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，并從熱力學(xué)與動力學(xué)角度進(jìn)行了解釋，主要得出以下幾點結(jié)論：（1）2219-T87鋁合金VPTIG焊接接頭呈現(xiàn)三個典型微區(qū)：焊縫區(qū)、完全回復(fù)區(qū)和過時效區(qū)。焊縫區(qū)為柱狀枝晶和細(xì)小等軸晶組織，在枝晶和晶界間分布著大量共晶組織，TEM觀察為含有部分位錯的α(Al)純凈固溶體，顯微硬度最低。完全回復(fù)區(qū)位于距離熔合線1~3mm的熱影響區(qū)，金相組織為分布有嚴(yán)重粗化Al2Cu相的粗大α(Al)晶粒組織，TEM觀察同樣為α(Al)純凈固溶體，但Cu含量較焊縫區(qū)有大幅度提高，顯微硬度呈現(xiàn)極大值。過時效區(qū)位于距離熔合線5~7mm的熱影響區(qū)，金相組織與完全回復(fù)區(qū)基本相同，但第二相和基體晶粒的粗化程度均有所下降，TEM觀察表明其中的析出強(qiáng)化相已經(jīng)脫離與基體的位向關(guān)系，發(fā)生了嚴(yán)重過時效，顯微硬度呈現(xiàn)極小值。組織分析表明溫循環(huán)過程使完全回復(fù)區(qū)形成了GP區(qū)，并導(dǎo)致了該區(qū)域顯微硬度的提高，其他區(qū)域的組織在該處理過程中基本穩(wěn)定。拉伸性能分析表明溫循環(huán)過程對于2219-T87鋁合金焊接接頭的低溫力學(xué)性能影響不大，使2219鋁合金VPTIG焊接接頭屈服強(qiáng)度小幅提升，抗拉強(qiáng)度不變，但延伸率有所下降。沖擊試驗表明，溫循環(huán)過程使焊縫區(qū)和完全回復(fù)區(qū)的沖擊韌性均有所下降?？傊?，2219-T87鋁合金VPTIG焊接接頭在溫循環(huán)過程中組織性能基本穩(wěn)定。（2）2219-MCS/C10S鋁合金VPTIG焊接接頭與2219-T87鋁合金的不同點在于該接頭兩側(cè)母材的成型工藝不同，但其兩側(cè)熱影響區(qū)同樣出現(xiàn)了完全回復(fù)區(qū)和過時效區(qū)，并且焊縫區(qū)、完全回復(fù)區(qū)和過時效區(qū)的組織形貌也與之前的情況基本相同。同樣地，溫循環(huán)過程僅使兩側(cè)熱影響區(qū)中的完全回復(fù)區(qū)形成了GP區(qū)，并導(dǎo)致了顯微硬度的相應(yīng)增長，但沒有給該接頭其他組織性能造成顯著影響，即2219-MCS/C10S鋁合金VPTIG焊接接頭在溫循環(huán)過程中組織性能是基本穩(wěn)定的。（3）對6mm厚的2219-T87鋁合金VPTIG焊接接頭的焊后熱處理實驗表明，相對于熱處理時間，熱處理溫度對該焊接接頭各微區(qū)顯微組織和顯微硬度的影響更為明顯。焊后不同溫度保溫處理20h的試驗結(jié)果表明，處理溫度不同，焊接接頭各微區(qū)的顯微組織和顯微硬度的變化不同。完全回復(fù)區(qū)對焊后時效最為敏感，低溫處理時顯微硬度就有明顯增長，并在160℃處理時達(dá)到最大漲幅；焊縫區(qū)變化相對較小，其顯微硬度的最高漲幅出現(xiàn)在210℃，且小于前者；熱影響區(qū)的過時效區(qū)最為穩(wěn)定，顯微硬度的最大增長同樣出現(xiàn)在160℃，但漲幅有限。這些變化主要依賴于析出相在焊后熱處理過程中的演變。焊后不同溫度、不同時長的熱處理試驗結(jié)果表明，在某一處理溫度下，該焊接接頭各微區(qū)的顯微組織和顯微硬度的變化會在較短時間內(nèi)達(dá)到飽和，之后在一定限度內(nèi)繼續(xù)延長熱處理時間不會其顯微組織和硬度造成顯著影響。（4）采用已有的鋁合金盤（片）狀析出相的時效強(qiáng)化模型對2219-T87焊接接頭中完全回復(fù)區(qū)的析出相演變進(jìn)行熱力學(xué)與動力學(xué)分析計算，計算結(jié)果與實驗值基本吻合，二者的差異主要來源于模型建立過程中為簡化計算做出的假設(shè)、2219鋁合金作為商業(yè)合金具有的復(fù)雜性以及實驗過程中由于人為操作或者設(shè)備精度帶來的各種誤差。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)北京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文DiyaoSu,HuijinJin,SujunWu.Microstructureandpropertystabilityof2219aluminumalloyVPTIGweldsduringcyclicthermaltreatment.RareMetals,2014.蘇頔瑤，吳素君，晉會錦.焊后時效處理對2219鋁合金VPTIG接頭微區(qū)組織和顯微硬度的影響.材料工程在投。致謝致謝本論文的研究工作是在吳素君教授的指導(dǎo)下完成的，在過去的兩年多研究生生活中，吳素君導(dǎo)師在學(xué)習(xí)、生活等方面，都給予了我很大幫助。在科研遇到瓶頸時，吳老師會引導(dǎo)我思考，盡可能鍛煉我自主解決問題的能力；在看到我自信心不足時，吳老師會隨時給我鼓勵，做學(xué)生的堅強(qiáng)后盾；在為我修改論文時，吳老師會耐心地為我講解為何要如此修改，讓我在增長知識的同時也感受到了吳老師高尚的師德，這些都為我的成長提高奠定了堅實的基礎(chǔ)。吳老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)術(shù)知識和高尚的道德素養(yǎng)都對我產(chǎn)生了很深的影響。這不僅使我在學(xué)業(yè)上收獲頗豐，而且讓我更深刻地理解了應(yīng)該如何做人、做事、做學(xué)問，這些所得將成為我一生的財富。在此，對我的導(dǎo)師吳素君教授表示最誠摯的謝意。特別感謝材料失效分析與預(yù)防實驗室的張錚老師、駱紅云、趙子華老師以及有移亮老師在學(xué)習(xí)和生活中給我的莫大幫助；感謝學(xué)習(xí)期間實驗室的各位老師在我的實驗過程中給我的幫助；感謝同組的晉會錦師姐、邵玲師姐、徐平偉師兄以及已經(jīng)畢業(yè)的季英萍師姐等前輩給我的指導(dǎo)；感謝同級的鄢琳、趙大龍同學(xué)在整個研究生階段給我的鼓勵與支持，同時特別感謝師