磁场频率对固溶时效处理AZ91合金焊接接头组织和性能的影响.pdf

第 卷 第 期 年 月 f畅 r畅 磁场频率对固溶时效处理 AZ91 合金焊接接头 组织和性能的影响 綦秀玲 ， 刘政军， 周有兴， 万应麒， 张 勇 （辽宁工程技术大学 材料科学与工程学院， 辽宁 阜新 ； 沈阳工业大学 材料科学与工程学院， 辽宁 沈阳 ） 摘要：对 镁板进行钨极氩弧焊（）过程中，外加不同频率纵向交流磁场，并在焊后进行固溶时效处理，本文对焊接接头固溶 时效处理后的组织性能进行了分析。 结果表明，经固溶时效处理后，大量弥散的 - 相从基体 - 中析出，其析出数量先随 磁场频率增加而增多，之后又减少。 从而导致焊接接头的显微硬度、抗拉强度和塑性先增大后减小，而焊接接头的耐电化学腐蚀性 先减小后增大。 磁场频率为 时，其接头耐蚀性最差，但接头显微硬度、抗拉强度和塑性最好。 关键词：交流磁场； 镁合金；钨极氩弧焊；固溶时效；组织与性能 中图分类号：TG457 文献标志码：A 文章编号：0254- 6051（2016）02- 0155- 04 ， ， ， ， ， （）： - 党晓明， 马幼平， 李秀兰， 等钨含量对高铬铸铁共晶组织及力学 性能的影响金属热处理， ， （）： - ， ， ， ， ， （）： - 戴乐阳， 钟发胜， 何秀芳， 等高铬铸铁叶片的热处理工艺 金属热处理， ， （）： - ， ， ， ， ， （）： - 王新华， 方晓辉， 邢 斌， 等钨对淬火回火高铬铸铁冲击性能和 耐磨性的影响金属热处理， ， （）： - ， ， ， - - ， ， （）： - Effect of magnetic frequency on microstructure and properties of AZ91 magnesium alloy welded joint after solution and aging ， ， ， ， （ ， ， ， ； ， ， ， ） Abstract： ， - - ， ， ， ， ， - ， ， ， Key words： ； ； ； ； 镁是常用金属中最轻的一种，是地壳中最丰富的 元素之一，具有比强度、比刚度高，耐冲击、减震性能 收稿日期：- - 作者简介：綦秀玲（），女，讲师，硕士，主要从事焊接冶金和工艺 方向的研究，联系电话：，- ： doi：10 13251 j issn 0254- 6051 2016 02 036 好，良好的铸造性能和易回收利用等优点，被称为“ 世纪的绿色材料” - 。 但镁合金自身焊接性能较差， 焊接接头晶粒容易粗大，导致接头力学性能下降，因此 如何改善镁合金焊接工艺，提高镁合金的焊接性，是一 个具有重要意义的研究方向 。 电磁控制电弧焊接 技术，是一种正在发展的、先进的焊接技术，焊接时外 l 第 卷 加磁场会作用于液态金属从而引起焊接接头组织和性 能的变化 。 热处理是结构金属材料改善产品性能 的主要方法，近些年将热处理用于改善镁合金综合性 能的研究也越来越受到重视 - 。 因此，本文将磁场 和热处理这两种改善材料性能的方法结合起来，对不 同磁场频率下 镁合金焊接接头固溶时效处理后 的组织性能进行了研究。 图 不同磁场频率下焊缝的显微组织 （） ；（） ；（） ；（） ；（） 试验材料及方法 选用 镁合金板材作 为母材，供货状态为轧制态，焊丝采用与母材同质的 镁合金焊丝，即在母材上直接截取细条作为焊 丝，其焊丝的规格为 。 镁合 金具体成分（质量分数，）为 、 、 、 、 ，余量为 。 抗拉强度为 ， 屈服强度为。 本课题采用钨极氩弧焊（）对 镁合金进行焊接，焊机是型号为 - 的交直流两 用钨极氩弧焊机。 试验过程中固定焊接电流为 ， 氩气为保护气体，其氩气流量为 ，钨极直径 为矱 ，喷嘴直径为 矱 。 在进行 镁合金 氩弧焊时，外加一纵向交流磁场，外加磁场装置由磁场 电源和线圈两部分组成。 线圈放置于待焊试件的正下 方，线圈与试件之间是一个不锈钢垫板，因为不锈钢具 有不导磁的特点，因此该垫板不会对磁场产生影响。 产生的磁场为纵向交流磁场，磁场电流固定为为 ， 磁场频率为、 和 。 焊后对试样进行热 处理： 空冷固溶处理 空 冷时效处理。 将 焊接接头横截面经过砂纸打磨、抛光后， 用腐蚀液（ 乙二醇 醋酸 浓硫酸 蒸 馏 水） 进 行 腐 蚀。 再 用 光 学 显 微 镜 （- ）观察焊接接头处组织。 采用 - 数显维氏硬度计维氏硬度计测量接头硬度，试验载荷 砝码 ，加载时间为 。 在 - 万能试验机 上进行拉伸试验，采用 化学工作站对试样进 行电化学腐蚀试验，腐蚀液为 溶液。 试验结果与分析 2 1 焊接接头组织分析 镁合金焊缝在不同磁场频率作用下的显微 组织如图 所示。 可以看出，焊缝组织主要由初生相 - 与 - 组成。 无磁场时， - 相呈 连续网状分布，将 - 基体割裂隔离 。 随着磁场 频率的增加，晶粒、第二相逐渐变得细小，当磁场频率 为 时，晶粒最细小， - 相细小断续析出。 这是因为外加交变磁场可以使结晶前沿产生周期性的 停顿，在交流磁场的作用下使熔池内部产生间歇冲刷 式的搅拌，从而使刚结晶的晶粒受到搅拌力的作用不 第 期綦秀玲，等：磁场频率对固溶时效处理 合金焊接接头组织和性能的影响 l 断破碎，形成新的晶核，使组织变得更加细小，并使第 二相趋于弥散、细小的球状分布，有利于焊缝性能的提 高。 随着磁场频率增加，电磁搅拌的强度也会随之增 大，因此熔池旋转的力度增大，使更多先结晶的枝晶在 冲刷力的作用下被打断成为新的形核源，大量的晶核 使晶 粒 得 到 细 化。 但 是 当 磁 场 频 率 过 大 时 （ 时），焊缝组织反而粗大。 这是由于当磁场 频率过大，磁场变化频率太过频繁，熔池中液态金属在 惯性力的作用下运动，会出现紊流现象，导致电磁搅拌 作用变差，使焊缝的组织反而变得粗大。 并且磁场频 率过大，导致电磁搅拌作用加大的同时还会使热效应 增加，温度升高，促进了晶粒粗大。 图 是不同磁场频率下焊接后，再经过固溶时 效处理的焊缝显微组织。 焊后经过固溶处理，随着 磁场频率的增加，焊缝区的晶粒尺寸先减小，当磁场 频率为 时，晶粒最为细小。 因此再经过时效处 理时，大量 - 开始析出，晶粒越细小，晶界越 多，析出的 - 就越细小、断续分布。 特别是 当磁场频率为 时，大量细小弥散的 - 析出，呈断续、弥散状分布。 但当磁场频率大于 时，晶粒变得粗大，析出的第二相也随之减少 并变得粗大。 图 不同磁场频率下固溶时效后焊缝的显微组织 （） ；（） ；（） ；（） ；（） 2 2 焊接接头力学性能分析 如图 和表 所示，随着磁场频率的增加， 镁合金经过固溶时效处理后，焊接接头的拉伸强度、硬 度和塑性都先增大后减小。 当磁场频率为 时， 焊接接头力学性能最好。 造成这种现象的主要原因 是：随着磁场频率的增大，经固溶时效处理后，析出的 - 相数量增多且越加细小弥散，使拉伸强度、 硬度和断面收缩率得到提高。 但当磁场频率过大时， 晶粒变得粗大，析出的 - 相数量减少，接头拉 伸强度、硬度和断面收缩率减小。 2 3 焊接接头电化学腐蚀性分析 不同磁场频率下固溶时效处理后焊缝的极化曲线 如图 所示，不同磁场频率下固溶时效处理后焊缝的 图 不同磁场频率下固溶时效处理后焊接接头显微硬度曲线 腐蚀电位和腐蚀电流密度如表 所示。 焊后经过固溶 l 第 卷 时效处理，焊缝耐电化学腐蚀性能大大下降。 这是由于 在 镁合金的腐蚀中， - 基体是阳极， - 为阴极，从而形成微电池。 经过固溶时效处理焊缝中 大量的 - 相细小弥散析出， - 相增加 使得原电池数量急剧增加，导致镁合金焊缝的耐蚀性 大大下降。 表1 AZ91 镁合金焊接接头拉伸性能 Table 1 Tensile properties of the weld joints of the AZ91 magnesium alloy 热处理状态磁场频率 抗拉强度 断面收缩率 无固溶时效%牋鬃 有固溶时效 牋鬃 有固溶时效%牋鬃 有固溶时效%牋鬃 有固溶时效%牋鬃 有固溶时效%牋鬃 图 不同磁场频率下固溶时效处理后焊缝的极化曲线 表2 不同磁场频率下固溶时效处理后焊缝的 腐蚀电位和腐蚀电流密度 Table 2 Corrosion potential and corrosion current density of weld lines under different magnetic field frequency after solution and aging 热处理状态 磁场频率 腐蚀电位 E （， ） 电流密度 I （ ） 无固溶时效 创腚 有固溶时效梃 创 有固溶时效 创 有固溶时效 创 有固溶时效 创 有固溶时效 创 随着磁场频率的增大，经过固溶时效处理后，焊缝 的耐蚀性逐渐变差，当磁场频率为 时，焊缝中析 出的 - 相最多，耐蚀性最差。 但当磁场频率 过大时，析出相减少，耐蚀性逐渐变好。 结论 ） 镁合金经 焊接后，再经过固溶时效 处理，在晶界上有大量 - 强化相析出，使 镁合金焊接接头耐电化学腐蚀性能下降，但其力 学性能得到提高。 ） 改变磁场频率对 镁合金进行焊接。 随着 磁场频率的增加，再经固溶时效处理后，晶粒先细小后 粗大，其焊接接头的拉伸强度、断面收缩率、硬度先增 大后减小，焊缝的耐电化学腐蚀性则先减小后增大。 当磁场频率 时，晶粒最为细小， 镁合金焊接 接头力学性能最好，而耐电化学腐蚀性最差。 参考文献： 杨 媛， 李加强， 宋宏宝， 等镁合金的应用及其成形技术研究现 状热加工工艺， ， （）： - ， ， ， ， ， （）： - 綦秀玲， 刘政军， 苏允海， 等磁场作用下 镁合金焊接接头 固溶时 效 后 的 组 织 与 性 能 金 属 热 处 理， ， （）： - ， ， ， ， ， （）： - 綦秀玲， 刘政军， 周有兴， 等磁场电流对固溶处理 焊接接 头组织和性