LY12鋁板

硅 Si: 0.50 鐵 Fe:0.50 銅 Cu:3.8~4.9 錳 Mn:0.3~0.9 鎂 Mg:1.2~1.8 鉻 Cr:0.10 鎳 Ni: 0.10

鋅 Zn:0.25 鈦 Ti :0.15 其它: 0.15 鋁 Al:余量

目前國內(nèi)外許多學(xué)者都在進(jìn)行攪拌摩擦焊焊接過程塑性金屬流動(dòng)的可視化工作，并且提出了大量的方法，如嵌入示蹤粒子法、鋼球示蹤法，異種鋁合金金相組織顯示法等等[1-7]。研究將兩種鋁合金通過攪拌摩擦焊連接，焊后制成金相試樣，通過兩種鋁合金顯微組織在同一腐蝕液下呈現(xiàn)的截然不同形貌的對比，觀察攪拌摩擦焊焊縫金屬的流動(dòng)特性。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)選用的材料為LY12和LF2兩種鋁合金，其化學(xué)成分見表1。試驗(yàn)在自制的FSW焊機(jī)上進(jìn)行，選用的焊接參數(shù)見表2，焊接參數(shù)由焊機(jī)控制系統(tǒng)的MCGS組態(tài)軟件實(shí)時(shí)檢測記錄[8]。具體試驗(yàn)過程如下:采用3mmLF2和6mmLY12搭接以及6mmLF2和6mmLY12對接，分別進(jìn)行攪拌摩擦焊試驗(yàn)。焊后按照觀測要求，分別截取不同位置的橫、縱截面，用Keller's腐蝕劑腐蝕30秒后制成金相試樣，在XJP-200光學(xué)顯微鏡下觀察焊縫顯微組織。由于兩種材料不同的耐腐蝕性能，LY12耐腐蝕性較弱，顯微組織較暗，而LF2耐腐蝕性較強(qiáng)，顯微組織則較亮，因而試樣呈現(xiàn)明暗兩種顯微組織的分布，通過不同組織外觀顯示了鋁合金攪拌摩擦焊的流場分布。

表1 LY12與LF2鋁合金的化學(xué)成分對比 (wt%)

型號 Mg Mn Fe Si Cu

LF2 2.0-2.8 0.15-0.40 0.40 0.40 0.10

LY12 1.2-1.8 0.3-0.9 - - 3.8-4.9

表2 焊接參數(shù)

焊接參數(shù) 軸肩/攪拌針 直徑D/d(mm) 攪拌針長度l(mm) 旋轉(zhuǎn)速度ω(r/min) 焊接速度v(mm/min) 焊接能量P(W)

搭接接頭 32 /10 8.5 1025 16 6435

對接接頭 24 /8 5.5 1250 42 5960

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 3mmLF2和6mmLY12搭接結(jié)果分析

通過將3mmLF2和6mmLY12搭接觀測攪拌摩擦焊塑性金屬的豎直方向的流動(dòng)狀況， 接頭組織分布如圖1所示，接頭上層為3mmLF2，下層為6mm LY12。因耐腐蝕性不同，LF2呈現(xiàn)較亮的組織，而LY12則呈現(xiàn)較暗的組織。根據(jù)組織形態(tài)的不同，焊縫接頭可分為五個(gè)區(qū):A區(qū)為黑白相間的薄層混合區(qū)，主要受攪拌針的旋轉(zhuǎn)擠壓作用剪切滑移過渡形成，局部放大如圖2-1所示;B區(qū)為下層金屬向前、向上流動(dòng)區(qū)，向上流動(dòng)高度高于被搭接板材的

厚度，主要受到摩擦頭軸肩后部對焊縫金屬的頂鍛摩擦作用所致;C區(qū)為洋蔥圓環(huán)區(qū)，縱截面放大圖2-3可以看到明顯的分層過渡跡象，這是由于攪拌摩擦頭旋轉(zhuǎn)前進(jìn)使前方的塑化金屬受到攪拌針的旋轉(zhuǎn)擠壓作用向后流動(dòng)，并呈周期性的向后轉(zhuǎn)移，并且在圖中的S處可以觀察到明顯的拐點(diǎn)區(qū)，說明該處流動(dòng)模式發(fā)生變化;D區(qū)為底部擠壓區(qū)，由于攪拌針的長度略小于板材厚度以及摩擦頭的旋轉(zhuǎn)擠壓使塑性金屬在C區(qū)的流動(dòng)模式在該區(qū)發(fā)生斷裂，形成塑性金屬的無序混合，該區(qū)也是焊縫接頭的薄弱區(qū);E區(qū)為旋轉(zhuǎn)流動(dòng)區(qū)，位于焊縫上層，主要受摩擦頭軸肩的旋轉(zhuǎn)摩擦作用，焊縫金屬由返回側(cè)向前進(jìn)側(cè)轉(zhuǎn)移。

圖1 3mmLF2和6mmLY12搭接焊縫組織宏觀圖

圖2 典型區(qū)域放大圖

2-1 A區(qū)放大圖; 2-2 D區(qū)放大; 2-3 C區(qū)放大

2.2 6mmLF2和6mmLY12對接結(jié)果分析

通過將6mmLF2和6mmLY12對接觀測攪拌摩擦焊塑性金屬的水平流動(dòng)狀況，接頭組織分布示意如圖3所示，接頭左側(cè)為LF2，右側(cè)為LY12。因耐腐蝕性不同，接頭兩側(cè)呈現(xiàn)明暗不同的組織分布。焊縫對接接頭分區(qū)與搭接接頭相同，圖3中A、B、C、D、E五個(gè)分區(qū)分別對應(yīng)圖1中的A、B、C、D、E五個(gè)分區(qū)。此外，從圖3中可以觀察到焊縫前進(jìn)側(cè)母材與焊縫分界線比較明顯，而返回側(cè)母材與焊縫分界線比較模糊，說明焊縫兩側(cè)塑性金屬流動(dòng)模式并不相同;焊核形狀關(guān)于焊縫中心線并不對稱，而是偏向返回側(cè)，說明塑性金屬流動(dòng)也偏向返回側(cè)，這也驗(yàn)證了攪拌摩擦焊對稱位置上前進(jìn)側(cè)溫度低于返回側(cè)溫度的不對稱的溫度場分布[9];同樣可以發(fā)現(xiàn)在焊縫上部，受摩擦頭軸肩旋轉(zhuǎn)摩擦作用的影響，塑性金屬更多的是從返回側(cè)進(jìn)入前進(jìn)側(cè)，如E區(qū)所示;而在焊縫下部塑性金屬更多的是從前進(jìn)側(cè)進(jìn)入返回側(cè)，如C、D區(qū)所示;而在A、C區(qū)，可以觀察到塑性金屬的黑白相間的分層過渡現(xiàn)象。

圖3 6mmLF2和6mmLY12對接焊縫組織宏觀圖

3 結(jié) 論

(1)采用異種鋁合金攪拌摩擦焊的不同顯微組織觀測塑性金屬流動(dòng)情況，該方法簡單直觀。

(2)焊縫金屬流動(dòng)模式關(guān)于焊縫中心并不對稱，按流動(dòng)特征不同焊縫大致分為五個(gè)分區(qū)。

(3)可以觀察到清晰的洋蔥圓環(huán)區(qū)和薄層間混結(jié)構(gòu)。

(4)攪拌針兩側(cè)焊縫下層金屬有向前、向上流動(dòng)的趨勢，向上流動(dòng)高度高于被搭接板材的厚度。

對應(yīng)牌號: 國標(biāo):2A12(LY12) GB/T 3190-1996

ISO:AlCu4Mg1 ISO 209.1-1989

日標(biāo):A2024 JIS H4000-1999 JIS H4040-1999

非標(biāo):24530 IS5902

法標(biāo):2024(A-USG1) NF A50-411 NF A50-451

美標(biāo):2024 AA

LY12鋁板在不同溫度下的典型抗拉、屈服性能。

合金和狀態(tài) 溫度 抗拉極限MPa 屈服極限MPa 伸長率%

LY12-T4 T351 -LY12-T6 T651 ly12-cz

溫度 抗拉極限MPa 屈服極限MPa 伸長率%

抗拉強(qiáng)度 σb (MPa):205~420

伸長率 δ10 (%):12~15

固溶處理溫度:529℃~541℃.

抗拉強(qiáng)度(≥Mpa)470

0.2%屈服強(qiáng)度(≥Mpa)325

伸長率(θ5%)10

疲勞強(qiáng)度105

硬度HB120

電導(dǎo)率20°C,30

20°C電阻率n .m 48

彈性模量 68

LY12合金鋁板-濟(jì)南歐德金屬

LY12板材現(xiàn)貨規(guī)格:0.3mm-350mm(厚度)

LY12棒材現(xiàn)貨規(guī)格:3.0mm-500mm(直徑)

LY12線材現(xiàn)貨規(guī)格:0.1mm-20mm(線徑)

LY12合金鋁板廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)(蒙皮、骨架、肋梁、隔框等)、鉚釘、導(dǎo)彈構(gòu)件、卡車輪轂、螺旋槳元件及其他各種結(jié)構(gòu)件。

化學(xué)成分(%)

硅Si:0.50

鐵Fe:0.50

銅Cu:3.8~4.9

錳Mn:0.3~0.9

鎂Mg:1.2~1.8

鉻Cr:0.10

鎳Ni:--

鋅Zn:0.25

鈦Ti:0.15

其它:0.15

鋁Al:余量