热处理对2219焊接接头微区组织和性能的影响

]b位错柏氏矢量2.86×10-10m[NOTEREF_Ref402859563\h75]r0位错绕过强化相时的内半径2b[NOTEREF_Ref402859563\h75]材料的本征屈服强度393MPa2219-T876.2铝合金盘（片）状析出相强化模型的应用如前所述，将2219铝合金近似为二元Al-Cu合金，各参数采用文献中的已知值，对2219-T87态焊接接头热影响区中接近过饱和固溶体的完全回复区进行计算。在引用模型前首先对这两个区域的成分进行了WDS分析，分析结果见表22。从表中结果知道WDS分析无法区分出焊接接头热影响区各部分和母材的Cu含量，这主要是由于WDS分析的厚度层为探针一下0.1μm，而这种厚度范围已经可以把在微纳米级的析出相包含在内，所以，在含有这些析出相的地方所测定的结果均是不可用的，如在母材区和过时效区。同时，由于焊缝区Cu含量过低，过饱和度十分有限，在此同样忽略。因此，在模型计算时仅利用完全回复区的EPMA分析结果做简单对比。表22焊接接头焊缝区及完全回复区EPMA分析结果区域Cu含量w%平行试样数量焊缝区~24完全回复区~54过时效区~54母材~54由于笔者实验所采用的性能表征量为硬度，因此将上述模型进一步转换为铝合金硬度增量后可得如下方程：(6.16)针对不同温度热处理后的模型计算结果和实验值见表23，其中100℃和130℃经过20h处理后处于欠时效阶段，采用模型中的第二个关系式进行计算，160℃及以上温度经过20h处理后处于过时效阶段，采用模型中的第三个关系式进行计算。表23完全回复区模型计算结果及与实验值对比工艺计算值实验值100℃×20h23.920130℃×20h31.87230160℃×20h44.612845175℃×20h28.249832190℃×20h18.275423210℃×20h10.567915230℃×20h6.33555250℃×20h3.92843采用柱状图的形式将计算值与实验值对比如图61所示。从图中可以直观看出，该模型的预测值与实验值基本吻合，在欠时效阶段计算值略高于实验值，在过时效阶段计算值略低于实验值，这可能与析出相的时效强化机制有关。此外，显微硬度的变化还包含因溶质含量降低导致的固溶强化效应降低以及实验过程中的人为误差等因素，所以目前的差异值在可接受的范围内。图61完全回复区显微硬度差值计算值与实验值对比6.3本章小结本章节采用刘刚等建立的铝合金盘（片）状析出相时效强化模型对2219-T87铝合金VPTIG焊接接头中与过饱和固溶体最为相似的完全回复区的析出相演变进行计算，计算结果与实验结果基本吻合。二者之间的少量差异主要来源于模型建立过程中的各种简化假设、2219铝合金作为商业合金具有的复杂性以及实验误差等。第七章结论第七章结论本文首先对6mm厚2219-T87和2219MCS/C10S变极性钨极氩弧焊焊接接头各微区组织性能及其在温循环和热处理条件下的稳定性进行了研究，并从热力学与动力学角度进行了解释，主要得出以下几点结论：（1）2219-T87铝合金VPTIG焊接接头呈现三个典型微区：焊缝区、完全回复区和过时效区。焊缝区为柱状枝晶和细小等轴晶组织，在枝晶和晶界间分布着大量共晶组织，TEM观察为含有部分位错的α(Al)纯净固溶体，显微硬度最低。完全回复区位于距离熔合线1~3mm的热影响区，金相组织为分布有严重粗化Al2Cu相的粗大α(Al)晶粒组织，TEM观察同样为α(Al)纯净固溶体，但Cu含量较焊缝区有大幅度提高，显微硬度呈现极大值。过时效区位于距离熔合线5~7mm的热影响区，金相组织与完全回复区基本相同，但第二相和基体晶粒的粗化程度均有所下降，TEM观察表明其中的析出强化相已经脱离与基体的位向关系，发生了严重过时效，显微硬度呈现极小值。组织分析表明温循环过程使完全回复区形成了GP区，并导致了该区域显微硬度的提高，其他区域的组织在该处理过程中基本稳定。拉伸性能分析表明温循环过程对于2219-T87铝合金焊接接头的低温力学性能影响不大，使2219铝合金VPTIG焊接接头屈服强度小幅提升，抗拉强度不变，但延伸率有所下降。冲击试验表明，温循环过程使焊缝区和完全回复区的冲击韧性均有所下降。总之，2219-T87铝合金VPTIG焊接接头在温循环过程中组织性能基本稳定。（2）2219-MCS/C10S铝合金VPTIG焊接接头与2219-T87铝合金的不同点在于该接头两侧母材的成型工艺不同，但其两侧热影响区同样出现了完全回复区和过时效区，并且焊缝区、完全回复区和过时效区的组织形貌也与之前的情况基本相同。同样地，温循环过程仅使两侧热影响区中的完全回复区形成了GP区，并导致了显微硬度的相应增长，但没有给该接头其他组织性能造成显著影响，即2219-MCS/C10S铝合金VPTIG焊接接头在温循环过程中组织性能是基本稳定的。（3）对6mm厚的2219-T87铝合金VPTIG焊接接头的焊后热处理实验表明，相对于热处理时间，热处理温度对该焊接接头各微区显微组织和显微硬度的影响更为明显。焊后不同温度保温处理20h的试验结果表明，处理温度不同，焊接接头各微区的显微组织和显微硬度的变化不同。完全回复区对焊后时效最为敏感，低温处理时显微硬度就有明显增长，并在160℃处理时达到最大涨幅；焊缝区变化相对较小，其显微硬度的最高涨幅出现在210℃，且小于前者；热影响区的过时效区最为稳定，显微硬度的最大增长同样出现在160℃，但涨幅有限。这些变化主要依赖于析出相在焊后热处理过程中的演变。焊后不同温度、不同时长的热处理试验结果表明，在某一处理温度下，该焊接接头各微区的显微组织和显微硬度的变化会在较短时间内达到饱和，之后在一定限度内继续延长热处理时间不会其显微组织和硬度造成显著影响。（4）采用已有的铝合金盘（片）状析出相的时效强化模型对2219-T87焊接接头中完全回复区的析出相演变进行热力学与动力学分析计算，计算结果与实验值基本吻合，二者的差异主要来源于模型建立过程中为简化计算做出的假设、2219铝合金作为商业合金具有的复杂性以及实验过程中由于人为操作或者设备精度带来的各种误差。参考文献参考文献北京航空航天大学硕士学位论文攻读学位期间发表的学术论文攻读硕士学位期间发表的学术论文DiyaoSu,HuijinJin,SujunWu.Microstructureandpropertystabilityof2219aluminumalloyVPTIGweldsduringcyclicthermaltreatment.RareMetals,2014.苏頔瑶，吴素君，晋会锦.焊后时效处理对2219铝合金VPTIG接头微区组织和显微硬度的影响.材料工程在投。致谢致谢本论文的研究工作是在吴素君教授的指导下完成的，在过去的两年多研究生生活中，吴素君导师在学习、生活等方面，都给予了我很大帮助。在科研遇到瓶颈时，吴老师会引导我思考，尽可能锻炼我自主解决问题的能力；在看到我自信心不足时，吴老师会随时给我鼓励，做学生的坚强后盾；在为我修改论文时，吴老师会耐心地为我讲解为何要如此修改，让我在增长知识的同时也感受到了吴老师高尚的师德，这些都为我的成长提高奠定了坚实的基础。吴老师严谨的治学态度、渊博的学术知识和高尚的道德素养都对我产生了很深的影响。这不仅使我在学业上收获颇丰，而且让我更深刻地理解了应该如何做人、做事、做学问，这些所得将成为我一生的财富。在此，对我的导师吴素君教授表示最诚挚的谢意。特别感谢材料失效分析与预防实验室的张铮老师、骆红云、赵子华老师以及有移亮老师在学习和生活中给我的莫大帮助；感谢学习期间实验室的各位老师在我的实验过程中给我的帮助；感谢同组的晋会锦师姐、邵玲师姐、徐平伟师兄以及已经毕业的季英萍师姐等前辈给我的指导；感谢同级的鄢琳、赵大龙同学在整个研究生阶段给我的鼓励与支持，同时特别感谢师