一種改善高強鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能的熱處理方法
【專利摘要】一種改善高強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；達到保溫時間后，將焊件從深冷容器取出，并在空氣中放置1小時；隨后將深冷處理的工件放入溫度已經達到120-150℃的熱處理爐中，保溫8-16小時；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，提高焊接接頭強度和塑性，抑制沿焊核偏析帶的低應力開裂問題，還具有工藝簡單，能耗低，生產成本低的優(yōu)點。
【專利說明】一種改善高強鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能的熱處理方法
[0001]【技術領域】本發(fā)明涉及金屬材料焊接領域，特別涉及一種焊接頭的熱處理方法。
[0002]【背景技術】時效強化型鋁合金進行攪拌摩擦焊接時，由于焊接過程中的攪拌作用以及熱效應的影響，第二相粒子會發(fā)生粗大、回溶等現象，進而導致焊接接頭的熱影響區(qū)、熱機械影響區(qū)或者焊核區(qū)存在軟化的問題，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性能。因此，如何通過焊后熱處理來調整焊接接頭的組織狀態(tài)和硬度分布，進而提高焊接接頭的力學性能，就成為攪拌摩擦焊領域中的重要問題。
[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焊接接頭進行高溫固溶處理后再進行人工時效，但這種工藝方法中的高溫熱處理會使焊核區(qū)晶粒發(fā)生異常長大，進而導致接頭性能惡化。為此，有人嘗試采用溫度范圍在120~200°C內的單一焊后時效處理來改善接頭性能。但是，若采用偏高溫度的單一時效處理，會導致熱影響區(qū)出現過時效問題以及產生新的軟化區(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效 處理，會促進焊核區(qū)第二相粒子發(fā)生偏聚，進而導致焊接接頭在偏聚帶發(fā)生低應力破壞。
[0004]
【發(fā)明內容】
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高焊接接頭的強度和塑性、抑制在焊核區(qū)沿偏析帶發(fā)生開裂現象的改善高強鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能的熱處理方法。本發(fā)明主要是通過深冷預處理，使得焊接接頭預先產生細小而彌散的第二相粒子，再通過低溫時效使得預時效產生的第二相粒子長大，從而提高焊接接頭的力學性能。
[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小時后，將焊件從深冷容器取出，并在空氣中放置I小時；
[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為時效強化(又稱為可熱處理強化)的2000、6000、7000系列高強度鋁合金。
[0009]本發(fā)明所依據的原理:
[0010]本發(fā)明所采用的熱處理工藝為預深冷處理后再進行低溫時效處理。其原理為:一方面，預深冷處理對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，導致銅原子在空位附近聚集，相當于預時效作用，進而在隨后的低溫時效過程中，析出大量、細小、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量的位錯，其對溶質原子和空位的運動具有阻礙作用，因而減小了在后續(xù)低溫時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，同時還有效抑制了沿焊核區(qū)偏析帶的脆性開裂問題。
[0011]本發(fā)明與現有技術相比具有如下優(yōu)點:
[0012](I)不僅能夠提高焊接接頭的強度和塑性，還能抑制在焊核區(qū)沿偏析帶的開裂問題。[0013](2)焊后時效熱處理溫度低，對被焊母材組織和性能未產生不利影響，甚至還有一定程度的提高。
[0014](3)焊后熱處理方法簡單易操作，節(jié)約能耗，生產成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例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比圖；
[0017]圖3為本發(fā)明實施例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比圖。
【具體實施方式】:
[0018]實施例1:
[0019]將兩塊長200毫米，寬100毫米，厚度為2.3毫米的2024-T3鋁合金板材，以沿長度方向的對接形式進行攪拌摩擦焊焊接，其中，主軸轉速為1500轉/分鐘，攪拌工具前進速度為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；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；將上述進行過深冷處理的鋁合金工件放入溫度已經達到120°C的熱處理爐中，保溫8小時；保溫完成后，將工件從熱處理爐中取出，并空冷至室溫。
[0021]對上述經過熱處理的攪拌摩擦焊焊接接頭進行垂直于焊接方向的顯微硬度分布測量和拉伸性能測試，結果如圖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，經處理的接頭表現出良好的拉伸性能，其中均勻延伸率達到母材的80%，強度與母材相當，而采用單一低溫時效處理的強度和塑性最差；如圖3所示，經熱處理后的焊接接頭在焊核偏析帶處沒有出現單一時效處理時的接頭拉伸斷裂現象。
[0022]實施例2
[0023]將兩塊長200毫米，寬100毫米，厚度為3毫米的6061-T3鋁合金板材，以沿長度方向的對接形式進行攪拌摩擦焊焊接，其中，主軸轉速為1500轉/分鐘，攪拌工具前進速度為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；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；將上述進行過深冷處理的鋁合金工件放入溫度已經達到140°C的熱處理爐中，保溫12小時；保溫完成后，將工件從熱處理爐中取出，并空冷至室溫。
[0025]實施例3
[0026]將兩塊長200毫米，寬100毫米，厚度為3毫米的7050-T7451鋁合金板材，以沿長度方向的對接形式進行攪拌摩擦焊焊接，其中，主軸轉速為1500轉/分鐘，攪拌工具前進速度為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；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；將上述進行過深冷處理的鋁合金工件放入溫度已經達到150°C的熱處理爐中，保溫16小時；保溫完成后，將工件從熱處理 爐中取出，并空冷至室溫。
【權利要求】
1.一種改善高強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小時后，將焊件從深冷容器取出，并在空氣中放置I小時； (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.根據權利I所述的一種改善高強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 件的材質為可熱處理強化的2000、6000、7000系列高強度鋁合金。
【文檔編號】C22F1/04GK104017979SQ201410181041
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權日:2014年4月30日
【發(fā)明者】付瑞東, 王佶 申請人:燕山大學