鋁銅合金也稱硬鋁合金

1、鋁銅合金也稱硬鋁合金，可熱處理時(shí)效強(qiáng)化，具有很高的室溫強(qiáng)度及良好的高溫和超低溫性能1，因此鋁銅合金是工業(yè)中應(yīng)用廣泛的金屬結(jié)構(gòu)材料之一。在鋁銅系列合金中，多數(shù)合金的焊接性能不良，焊接接頭強(qiáng)度系數(shù)僅為母材的60%2，嚴(yán)重制約了鋁銅合金在工業(yè)中的進(jìn)一步應(yīng)用。2219鋁合金是一種高強(qiáng)、耐熱、焊接性相對(duì)較好的鋁銅合金3，由于國(guó)內(nèi)對(duì)其焊接性能研究較少，其主要作為優(yōu)良的貯箱結(jié)構(gòu)材料，因此，研究2219鋁合金焊接接頭組織與性能，有利于進(jìn)一步擴(kuò)展2219鋁合金的應(yīng)用范圍。1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法試驗(yàn)材料為板厚20mm的2219-T87高強(qiáng)鋁銅合金，焊絲為ER2319，直徑為1.6mm。2219鋁合金及ER2319

2、焊絲化學(xué)成分見表1。焊接設(shè)備采用德國(guó)CLOOS公司生產(chǎn)的Qunito 503 MIG焊機(jī)，保護(hù)氣體為純度99.9%的氬氣。焊接后從試板上沿焊縫橫向截取試樣，加工成拉伸試樣。對(duì)拉伸試樣進(jìn)行時(shí)效處理，人工時(shí)效工藝為：160時(shí)效16小時(shí)。拉伸實(shí)驗(yàn)在AG-250KNE電子拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。用MICROMET硬度儀測(cè)量焊接接頭橫截面的維氏硬度變化，壓頭載荷為5Kg。用E2-X30P/R型光學(xué)顯微鏡觀察顯微組織，用JB-30能譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，最后利用SSX-550掃描電鏡對(duì)斷口進(jìn)行分析。表1 2219鋁合金及ER2319焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù),%） CuMnMgZnTiZrVAl22196.280.

3、30<0.02<0.100.0480.120.07余量 ER23196.30.3<0.020.250.150.180.10余量 2 試驗(yàn)結(jié)果和討論 2.1母材及焊縫顯微組織圖1 和圖2 分別為母材及焊縫顯微組織 圖1 2219鋁合金顯微組織 圖2 2219鋁合金焊縫顯微組織 由圖1可見，2219鋁合金是以(Al)為基體，含有許多第二相。白亮色的為相(CuAl2),黑色條狀為相(CuMn2Al12)，并沿壓延方向排列。從圖2可以看出，2219焊縫基體組織為(Al)，(Al)的晶界和枝晶間分布（Al）-CuAl2共晶,因此2219鋁合金焊縫顯微組織為(Al)+（Al）-CuAl2

4、共晶。2.2 2219鋁合金母材及焊接接頭拉伸性能比較2219鋁合金母材及人工時(shí)效處理?xiàng)l件下焊接接頭拉伸性能見表2。由表2可以看出焊態(tài)下焊接接頭強(qiáng)度系數(shù)為母材的63.2%，延伸率（）僅為4.7%，遠(yuǎn)低于母材的15.4%。將時(shí)效處理后的焊接接頭拉伸性能與焊態(tài)下的接頭拉伸性能進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)人工時(shí)效處理，接頭強(qiáng)度明顯提高，抗拉強(qiáng)度b由296.4 MPa上升到316.4 MPa，強(qiáng)度系數(shù)達(dá)到母材的67.6%，塑性有一定的下降，延伸率由4.7%降到4.0%。對(duì)接頭拉伸斷口進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)焊接接頭斷裂部位均為為焊縫，說(shuō)明焊縫為焊接接頭薄弱區(qū)。焊縫顯微組織為(Al)+ （Al）-CuAl2共晶, 其中(Al

5、)固溶體中含有大量溶質(zhì)原子，如Cu、Mn等。人工時(shí)效處理促使焊縫(Al)固溶體Cu原子偏聚，在基體中析出大量細(xì)小、彌散的強(qiáng)化相，因此提高焊接接頭強(qiáng)度，塑性降低。表2 2219鋁合金母材及焊接接頭拉伸性能 b/MPa0.2/MPa/ %/%強(qiáng)度系數(shù)/%母材 468.0358.515.426.3 焊態(tài) 296.4190.74.719.763.2焊接接頭 人工時(shí)效 316.4221.04.020.067.62.3 2219鋁合金焊接接頭硬度比較 2219鋁合金焊接接頭硬度分布見圖3。圖3 焊接接頭硬度分布 由圖3可以看出，焊接接頭HAZ的硬度高于焊縫的硬度，越靠近熔合線，焊縫硬度越低，在熔合線附近焊

6、縫硬度達(dá)到最低。而HAZ則恰恰相反，隨著離熔合線的距離越遠(yuǎn)，焊接熱循環(huán)峰值溫度逐漸降低，焊接熱循環(huán)對(duì)HAZ的影響越小，HAZ硬度逐漸上升。焊接接頭中焊縫硬度值最低，而拉伸試驗(yàn)表明焊接接頭斷裂部位為焊縫，焊接接頭中焊縫拉伸性能最差，因此焊縫為焊接接頭最薄弱區(qū)。當(dāng)熔池開始凝固時(shí)，首先析出溶質(zhì)含量低的(Al)固溶體，大部分溶質(zhì)原子，如：Cu、Mn等被排擠到低熔點(diǎn)的液相中。凝固結(jié)束時(shí)，富溶質(zhì)的液相在晶界和枝晶間形成了共晶相，因此貧溶質(zhì)的(Al)固溶體具有低的硬度，故焊縫區(qū)的硬度最低。緊靠熔合線的局部熔化區(qū)經(jīng)歷了高的峰值溫度，使母材中的析出相完全溶解，并導(dǎo)致晶界局部熔化，形成一些共晶液相，一部分溶質(zhì)原子

7、集中到液化相中，導(dǎo)致基體溶質(zhì)過(guò)飽和度下降，隨后冷卻過(guò)程中析出強(qiáng)化相減少，結(jié)果使局部熔化區(qū)中的固溶硬化和析出相硬化效果降低，同時(shí)該區(qū)晶粒粗大，所以局部熔化區(qū)的硬度較低。鄰近局部熔化區(qū)的熱影響區(qū)硬度與母材相比，也發(fā)生了明顯的軟化。該區(qū)域也經(jīng)歷了充分的加熱，發(fā)生了平衡相的脫溶、析出和聚集長(zhǎng)大，即發(fā)生了“過(guò)時(shí)效”，因此HAZ的硬度降低。母材為T87狀態(tài)，即經(jīng)過(guò)固溶處理，預(yù)變形和人工時(shí)效，基體中有大量細(xì)小、彌散的強(qiáng)化相，如和T相析出，所以母材的硬度最高。2.4母材及焊縫拉伸斷口掃描電鏡分析 圖4母材拉伸斷口 圖5 焊態(tài)下焊接接頭拉伸斷口圖4為母材拉伸斷口形貌,圖5為焊態(tài)下焊接接頭拉伸斷口形貌。由圖4可以看出，母材斷口由許多大小不一的韌窩組成，韌窩較深，斷口為塑性斷口。焊接接頭斷口也由大量韌窩組成，韌窩淺且小，說(shuō)明材料未發(fā)生明顯的塑性流動(dòng)。因此，從圖4可以確定母材斷裂需要施加更大的應(yīng)力，這和拉伸試驗(yàn)結(jié)果相吻