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鋁合金6061無(wú)縫鋁管Zn-5Al中間層的共晶組織熔化十分迅速,其中彌散分布的鋁基固溶體顆粒相將隨之發(fā)生溶解,顆粒尺寸逐步減小。根據(jù)力學(xué)性能測(cè)量結(jié)果,當(dāng)接頭組織中保留有大小均勻、數(shù)量眾多的鋁基固溶體顆粒,且彌散分布在MgZn2金屬間化合物脆性相中時(shí),接頭的剪切強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu),該組織特征對(duì)應(yīng)于兩種液相開(kāi)始進(jìn)行互擴(kuò)散的初期,因此需要運(yùn)用短時(shí)保溫和強(qiáng)制冷卻工藝來(lái)獲得。對(duì)于這種復(fù)相組織表現(xiàn)出的良好剪切強(qiáng)度,我們認(rèn)為MgZn2中運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)與鋁基固溶體顆粒相之間的引力型相互作用產(chǎn)生強(qiáng)化作用。此外,數(shù)量眾多的鋁基固溶體顆粒相可以有效增加液相凝固時(shí)的形核質(zhì)點(diǎn)數(shù)量,細(xì)化接頭組織,改善接頭的塑韌性。另外,隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),Zn-5Al中間層原始組織中的鋁基固溶體顆粒溶解殆盡,同時(shí)液相溶解的Mg元素將不斷地向6061鋁合金基體進(jìn)行擴(kuò)散,造成接頭性能下降。

鋁合金6061無(wú)縫鋁管保溫3s工藝連接后,接頭力學(xué)性能達(dá)到最優(yōu),剪切強(qiáng)度86.1MPa,斷口呈塑性斷裂特征。對(duì)于采用Zn-Al-Ce中間層進(jìn)行AZ31／6061接觸反應(yīng)釬焊,在加熱溫度360℃、保溫3s時(shí),通過(guò)中間層中Ce元素的彌散分布實(shí)現(xiàn)了接頭中金屬間化合物的彌散分布,可以有效控制固態(tài)擴(kuò)散中所形成金屬間化合物層的厚度,也可獲得較好的接頭性能。 參考接頭成分分布、組織特點(diǎn)和連接工藝條件,建立具有最佳性能的AZ31/Zn-5Al/6061無(wú)縫鋁管接頭進(jìn)行接觸反應(yīng)釬焊過(guò)程的物理模型,闡述接頭組織在加熱、保溫等階段的詳細(xì)演變過(guò)程。根據(jù)我們的模型,接頭在加熱保溫過(guò)程中,共晶液相首先出現(xiàn)于Zn-5A1中間層靠近AZ31基體側(cè),隨后AZ31基體開(kāi)始生成液相,此時(shí)存在兩種不同成分的液相,它們各自向兩側(cè)擴(kuò)展,同時(shí)發(fā)生元素互擴(kuò)散。Zn-5Al中間層的共晶組織熔化十分迅速,其中彌散分布的鋁基固溶體顆粒相將隨之發(fā)生溶解,顆粒尺寸逐步減小。

鎂合金的廣泛使用離不開(kāi)連接技術(shù)的支持,特別是鎂合金和鋁合金無(wú)縫鋁管的焊接結(jié)構(gòu),既能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減輕構(gòu)件重量的要求,還能發(fā)揮兩種金屬不同的使用性能,在航空、航天和汽車制造等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。但鎂、鋁之間極易形成大量脆性的金屬間化合物相,惡化接頭性能,采用傳統(tǒng)的焊接方法難以獲得良好的接頭性能。接觸反應(yīng)釬焊是實(shí)現(xiàn)異種金屬連接的有效辦法,該方法可以根據(jù)不同基體材料特點(diǎn)選擇合適的中間層成分和結(jié)構(gòu),最大限度地避免直接連接時(shí)有害組織的出現(xiàn),有效地改善接頭性能。 本論文針對(duì)AZ31鎂合金和6061鋁合金的連接,分別研究AZ31／6061直接的和填加不同成分中間層的接觸反應(yīng)釬焊。鋁合金6061無(wú)縫鋁管對(duì)比不同工藝條件下接頭微觀組織、相成分及力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)觀察和測(cè)量結(jié)果,探討接頭顯微組織形成過(guò)程和接頭力學(xué)性能改善機(jī)理。