對不同錳含量（0，0.1%，0.4%，0.7%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Al-Mg-Si-Cu合金板（510 ℃固溶+195 ℃時效處理）進(jìn)行攪拌摩擦焊接試驗，研究了錳含量對接頭顯微組織及拉伸性能的影響。結(jié)果表明：不同錳含量接頭焊核區(qū)經(jīng)歷連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶與幾何動態(tài)再結(jié)晶的共同作用，形成大量細(xì)小再結(jié)晶晶粒，鋸齒狀晶粒被拉長分割；隨錳含量增加，焊核區(qū)平均晶粒尺寸先增大后減小，接頭中的析出相數(shù)量增加，當(dāng)錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%時，析出相發(fā)生粗化。不同錳含量接頭焊核區(qū)形成A/A¯和C型剪切織構(gòu)。隨錳含量增加，接頭的抗拉強(qiáng)度先升高后下降，斷后伸長率先降低后升高，當(dāng)錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%時，接頭的抗拉強(qiáng)度最高，斷后伸長率最小。含錳合金接頭斷口存在密集韌窩，斷裂形式為韌性斷裂；隨錳含量增加，韌窩尺寸增大。
Al-Mg-Si-Cu合金具有高比強(qiáng)度、優(yōu)異的焊接性能和耐腐蝕性能，在建筑、汽車和航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在實際使用過程中，Al-Mg-SiCu合金常以連接件方式應(yīng)用，其焊接情況（尤其是熔焊）常面臨熱影響區(qū)軟化等問題。
攪拌摩擦焊（friction stir welding，F(xiàn)SW）是一種節(jié)能環(huán)保的焊接技術(shù)，可以實現(xiàn)材料的高質(zhì)量連接。然而，在FSW過程中，應(yīng)變和溫度梯度的共同作用會引發(fā)接頭動態(tài)再結(jié)晶和晶粒粗化，導(dǎo)致接頭的抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率下降，從而限制FSW技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。為提升FSW接頭性能，研究人員采取對母材進(jìn)行熱處理，在FSW過程中施加超聲振動、磁場和水冷處理，改進(jìn)FSW攪拌頭等方法。與上述方法相比，通過優(yōu)化成分設(shè)計來提高材料焊接性能是研究人員首先關(guān)注的方向。對于Al-Mg-Si-Cu合金，適量過渡族元素錳的添加可以使雜質(zhì)鐵在焊接時發(fā)生相變形成含鐵化合物，從而改善接頭顯微組織，提高綜合力學(xué)性能。然而，目前關(guān)于含錳鋁合金FSW接頭性能的研究較少。為此，作者調(diào)整了Al-Mg-Si-Cu合金中的錳含量，并對合金進(jìn)行軋制、固溶和時效處理、攪拌摩擦焊，研究了錳含量對FSW接頭組織和拉伸性能的影響，擬為實際應(yīng)用提供理論參考。
02研究亮點
1 試樣制備與試驗方法
本章節(jié)詳細(xì)介紹了試驗材料的制備與試驗方法。采用不同錳含量（0-0.7%）的Al-Mg-Si-Cu合金鑄錠，經(jīng)過熔煉、均勻化熱處理、熱軋和冷軋制成板材，再進(jìn)行固溶和時效處理。使用攪拌摩擦焊進(jìn)行焊接，具體參數(shù)包括攪拌頭尺寸、轉(zhuǎn)速、焊接速度等。后續(xù)進(jìn)行了金相組織觀察（光學(xué)顯微鏡）、EBSD分析（掃描電鏡）以及拉伸試驗（電子萬能試驗機(jī)，每組3個平行樣）和斷口形貌分析。
2 試驗結(jié)果與討論
本章節(jié)重點分析了不同錳含量對Al-Mg-Si-Cu合金攪拌摩擦焊接頭組織與拉伸性能的影響。接頭均由母材、熱影響區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)和焊核區(qū)組成，焊核區(qū)呈盆狀且兩側(cè)形貌不對稱。隨著錳含量增加，各區(qū)域分界線逐漸模糊，熱機(jī)影響區(qū)晶粒細(xì)化，析出相數(shù)量增多且呈彌散分布，但錳含量過高（0.7%）時析出相粗化并分布不均。錳含量通過固溶拖曳效應(yīng)和析出相釘扎作用抑制再結(jié)晶和晶界遷移，細(xì)化晶粒并提高大角度晶界比例。焊核區(qū)動態(tài)再結(jié)晶為連續(xù)與幾何動態(tài)再結(jié)晶共同作用，錳含量為0.4%時晶粒尺寸、再結(jié)晶比例及大角度晶界占比均達(dá)最優(yōu)?？棙?gòu)分析顯示母材以再結(jié)晶織構(gòu)為主，焊核區(qū)主要為剪切織構(gòu)，錳含量不影響織構(gòu)類型但改變織構(gòu)強(qiáng)度。拉伸性能方面，錳含量為0.4%時接頭抗拉強(qiáng)度最高，斷后伸長率最低；析出相強(qiáng)化提高強(qiáng)度但降低韌性。斷口均為韌性斷裂，隨錳含量增加，韌窩及析出相尺寸增大，析出相形狀由棒狀變?yōu)榍蛐巍?/span>
不同錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)接頭前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)、焊核區(qū)和后退側(cè)熱機(jī)影響區(qū)的顯微組織
不同錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)接頭焊核區(qū)橫截面中心區(qū)域的取向分布
03結(jié)束語
（1）不同錳含量Al-Mg-Si-Cu合金攪拌摩擦焊接頭均由母材、熱影響區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)和焊核區(qū)組成。焊核區(qū)經(jīng)歷連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶和幾何動態(tài)再結(jié)晶，形成細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，鋸齒狀晶粒被拉長并剪切成多個段塊，晶粒尺寸遠(yuǎn)小于母材，其織構(gòu)為C和A/A剪切織構(gòu)；母材織構(gòu)主要為再結(jié)晶結(jié)構(gòu)。隨著錳含量增加，焊核區(qū)的平均晶粒尺寸和大角度晶界占比先增加后減小，接頭中的析出相數(shù)量增加，當(dāng)錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%時，部分析出相發(fā)生粗化。
（2）不同錳含量接頭的抗拉強(qiáng)度均低于母材。與未含錳相比，含錳合金接頭的抗拉強(qiáng)度在錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.7%時均提高，斷后伸長率均降低。隨著錳含量增加，接頭的抗拉強(qiáng)度先升高后降低，斷后伸長率先減小后增大，當(dāng)錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4％時抗拉強(qiáng)度最高，斷后伸長率最小，分別為230 MPa和10.3％。
（3）含錳合金接頭的拉伸斷口中均存在密集韌窩，斷裂形式均為韌性斷裂。隨著錳含量增加，斷口中韌窩尺寸增大。
京公網(wǎng)安備11010802046783號
