6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能特征

６００５Ａ—Ｔ６铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能特征

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６００５Ａ—Ｔ６铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能特征

Ｔ、，ＩｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＷｅｌｄｅｄ６００５Ａ—Ｔ６ＡｌｕｍｉｎｉｕｍＡｌｌｏｙ

董鹏１，孙大干１，李洪梅１，宫文彪２，刘杰２（１吉林大学材料科学与工程学院，长春１３００２５；

２长春轨道客车股份有限公司，长春１３００６２）

ＤＯＮＧＰｅｎ９１，ＳＵＮＤａ－ｑｉａｎｌ，ＬＩＨｏｎｇ—ｍｅｉｌ，ＧＯＮＧ

Ｗｅｎ－ｂｉａ０２，ＬＩＵＪｉｅ２

（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２５，Ｃｈｉｎａ；

２ＣｈａｎｇｃｈｕｎＲａｉｌｗａｙＶｅｈｉｃｌｅｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００６２，Ｃｈｉｎａ）

摘要：采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉伸实验机和显微硬度计对６００５Ａ铝合金搅拌摩擦焊接头

的微观组织及力学性能进行了研究。结果表明：焊核区为细小的等轴晶，几乎所有粒子溶于基体；热机械影响区呈现为

被拉长的畸变晶粒，且存在大量的位错；热影响区的组织明显粗化，处于过时效状态。与母材相比，搅拌摩擦焊接头的强度及伸长率均有下降趋势，且接头出现软化，最小硬度值出现在前进侧的热影响区内。搅拌头旋转速率为１２００ｒ／ｍｉｎ、焊接速率为２００ｍｍ／ｍｉｎ时可获得优质接头，抗拉强度达到母材强度的７２％，伸长率达到母材的６９％。关键词：６００５Ａ铝合金；搅拌摩擦焊；微观组织；显微硬度；拉伸性能

中图分类号：ＴＧ４０

文献标识码：Ａ

文章编号：１００１—４３８１（２０１２）０４—００２７—０５

ｓｔｉｒｗｅｌｄｅｄ６００５Ａａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎ

ｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ），ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＴＥＭ），ｔｅｎｓｉｌｅ

ｔｅｓｔ

ｍａｃｈｉｎｅａｎｄＶｉｃｋｅｒｓｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ

ｔｈｅｎｕｇｇｅｔｚｏｎｅ（ＮＺ），ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｅｈａｎｉｃａｌｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅ（ＴＭＡＺ）ａｎｄｈｅａｔａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅ（ＨＡＺ）ａｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙ

ｔａｔｅｓ

ａ

ｆｉｎｅｅｑｕｉａｘｅｄ，ｅｌｏｎｇａｔｅｄａｎｄ

ｃｏａｒｓｅ

ｇｒａｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｌｌｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉ—

ｏｖｅｒ－

ｄｉｓｓｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅＮＺ。ａｎｄｔｈｅＴＭＡＺｃｏｎｔａｉｎｓｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅＨＡＺｓｈｏｗｓ

ａｇｅｄｓｔａｔｅ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｂａｓｅｍｅｔａｌ，ｔｈｅａｎｄｔｈｅｒｅｉｓ

ａ

ＦＳＷｊｏｉｎｔ

ｈａｓ

ａ

ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ，

ｄｉｓｔｉｎｃｔｌｙｓｏｆｔｅｎｒｅｇｉｏｎｗｈｅｒｅｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｈａｒｄｎｅｓｓｖａｌｕｅｌｏｃａｔｅｄｉｎＨＡＺｏｆａｄｖａｎｃｉｎｇ

ｓｉｄｅ．Ａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｗｅｌｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ（ｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｏｆ１２００ｒ／ｍｉｎａｎｄｗｅｌｄｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆ２００ｍｍ／

ｍｉｎ），ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＦＳＷｊｏｉｎｔ

ｔｈｅｂａｓｅｍｅｔａｌ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：６００５Ａａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙ；ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒ

ｐｒｏｐｅｒｔｙ

ａｒｅ

ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ

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７２％ａｎｄ６９％ｏｆｔｈｏｓｅｏｆ

ｗｅｌｄｉｎｇ（ＦＳＷ）；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ；ｔｅｎｓｉｌｅ

铝合金具有大的比强度、高的塑性、良好的耐腐蚀性能以及优良的机械加工性能。６００５Ａ铝合金在具有上述优点之外，还具有较好的挤压性能，是大型铝型材的主要选择材料之一。目前，轨道车辆，特别是高速列车、地铁列车、双层客车和轻轨列车等现代化车辆，多采用６００５Ａ铝合金的整体组焊结构［１］。

使用传统熔化焊工艺焊接铝合金时，主要出现的焊接性问题有：焊缝中的气孔、焊接热裂纹、焊接接头与母材的等强性等。此外，铝合金的线胀系数大、导热性强，焊接时容易产生翘曲变形。这些问题与铝合金

的物理性质有关，因此很难得到根本的解决［２］。

搅拌摩擦焊（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ

Ｓｔｉｒ

Ｗｅｌｄｉｎｇ，ＦＳＷ）被证明

是解决铝合金焊接问题较为有效的方法。由于焊接过程中不需要填充材料且焊接温度低于母材的熔点，因此一定程度上避免了气孔、裂纹、偏析、变形等熔化焊常见的焊接性问题［３］。除此之外，搅拌摩擦焊还具有高的焊接效率。尤其对于长焊缝的焊接。对于铝合金的ＦＳＷ研究已有很多，但主要集中在２０００系及７０００系这些传统熔化焊焊接较为棘手的铝合金上［３叫］，对轨道车辆用６００５Ａ铝合金ＦＳＷ的研究相对较少。本