7N01-T5铝合金搅拌摩擦焊接头微区软化行为及控制

刘 建，陈辉刚，韦景勋，李 建，张哲睿，李 颖，何长树

(1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111；2.济南铁路局 青岛机车车辆监造项目部，山东 青岛 266111；3.东北大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110819；4.东北大学 材料各向异性与织构教育部重点实验室，辽宁 沈阳 110819)

Al-Zn-Mg合金是可热处理强化型铝合金，由于其力学性能优异、成形性好被广泛应用在航空航天、轨道交通和动力能源等诸多领域[1-2]。采用传统的熔焊对Al-Zn-Mg合金进行焊接时，易出现夹渣、热裂纹等问题[3]。搅拌摩擦焊(FSW)是在20世纪90年代由英国焊接研究所(TWI)研究成功的一种新型固相连接技术[4]。相对于熔焊工艺，FSW可避免裂纹、气孔等焊接缺陷的产生，在铝合金厚板焊接方面具有明显优势[5]。

FSW接头通常分为四个微区，即焊核区(NZ)、热机械影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)与母材区(BM)。在焊接热循环的作用下，不同区域显微组织存在很大的差异。大量研究发现，可热处理强化铝合金的FSW接头，从NZ至两侧HAZ硬度值低于母材的，呈“W”型分布，出现明显的软化现象[6-9]。可热处理强化铝合金焊接后热影响区的软化主要是由于该区域在焊接高温作用下发生“过时效”，即与铝基体共格的第二相脱溶析出并集聚长大，弱化了强化效果，形成“过时效”软化[10]。王冰等人[8]在对6082-T6铝合金FSW的研究中发现，接头显微硬度最低值出现在HAZ，这是由于该区域析出大量的粗大β′相，导致HAZ硬度明显降低；NZ及TMAZ的显微硬度同样低于母材的，这是由于原有的β″相回溶到铝基体中，虽然该区域在焊后冷却过程中再次析出一定数量的GP区，但强化作用不及β″相的。……