一種改善鎂合金焊接組織與性能的方法技術

本發明專利技術提供一種改善鎂合金焊接組織與性能的方法，包括如下步驟：首先，將鎂合金焊接板材置于熱處理爐中，溫度在250℃~350℃之間，進行一定時間的去應力退火；然后，采用金相砂紙將焊縫處打磨平整，使之與基材等高；再將鎂合金加熱到再結晶以上某一溫度，保溫一定時間后熱軋。本發明專利技術普遍適用于可焊透的鎂合金板材，如AZ31、AZ61、AZ80等鎂合金板材。經過焊接的鎂合金板，其焊縫、熱影響區的強度明顯低于基材。本發明專利技術通過一定溫度保溫后熱軋的手段，可有效提高鎂合金焊接件的強度，使焊縫、熱影響區與母材的組織、性能趨于一致。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種金屬材料焊后加工，屬于有色金屬中鎂合金板材生產加工領域，特別涉及一種鎂合金焊接后熱軋強化加工工藝。
技術介紹
高的比強度、比剛度、優良的阻尼性能，以及防磁、屏蔽、散熱、易切削加工、易回收等許多特性，使鎂合金在電子、電器、交通、航天、航空和國防軍事工業等領域受到高度重視。焊接是最常見的優化產品設計、減小生產成本的加工工藝，因此，若要充分發揮鎂合金的各方面性能，必須輔以成熟·的焊接技術。二戰期間，航空業需要找到焊接鎂和焊接鋁的方法，加速了氣體保護焊的研究進程。氬弧氣體保護焊(TIG)專利技術后，鎂合金的焊接問題取得重大突破。鎂合金的研究仍如火如荼地進行，相應的焊接技術也隨之發展，力求改善鎂合金焊接質量。當今的鎂合金生產主要以熱擠壓、熱軋、鑄造等方法得到棒材、板材以及復雜形狀的結構件。鎂合金板材在實際應用過程中不可避免地會涉及到板材間的焊接，然而，由于鎂合金熔點低、線膨脹系數和熱導率高等特點，在焊接過程中與氧、氮的親和力強，易形成氧化夾雜和脆性相，產生焊接變形和熱裂紋等問題，嚴重影響焊接質量。氬弧氣體保護焊、攪拌摩擦焊等先進焊接方法能有效的防止鎂合金焊接過程中的氧化并減少氣孔等缺陷，但鎂合金焊縫為鑄態組織，熱影響區晶粒粗大，導致這兩部分區域較基體而言，強度較差，成為鎂合金焊件首先受破壞的區域，且由于焊縫與基材組織狀態不同，即使打磨光亮，焊縫仍然明顯，影響美觀，這些因素都從很大程度上抑制了鎂合金焊接板材的生產、加工及應用。此前針對此問題的研究，部分研究致力于改善焊接工藝，焊接參數等的優化的改善了焊縫-熱影響區的組織和性能，但是效果有限，還有部分研究采用了熱處理的方法，提供某些可熱處理強化的焊縫-熱影響區強化工藝，但是在強化這兩個區域的同時，由于基材和這兩個區域的組織存在差異，可能會因為受熱等原因，組織變得粗大，導致強度下降。因此，改善鎂合金板材焊縫及熱影響區組織，提高其強度，使之與基材組織、強度趨于一致，成為了一項重要的研究課題。
技術實現思路
針對現有技術存在的上述不足，本專利技術解決鎂合金焊縫存在強度較差，并且焊縫影響美觀的問題，提供一種改善鎂合金板材焊縫-熱影響區的組織性能，使之與基材間的組織性能趨于一致。解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案:，其特征在于，包括如下步驟:O首先，將鎂合金焊接板材置于熱處理爐中，溫度在250°c 350°C之間，進行f3h的焊后去應力退火；一方面消除了焊接應力，另一方面焊縫處的第二相有所溶解，組織變得均勻，有利于下一步工藝的進行。2)打磨。在熱軋前，使用金相砂紙將焊縫處打磨平整，使之與基材等高，以免在熱軋過程中由于各部分受力不均導致焊縫開裂。3)熱軋。熱軋前，將鎂合金加熱到350°C 400°C，保溫20mirTlh后在350±50°C下熱軋熱軋，避免板材出爐后冷卻過快導致熱軋溫度偏低的情況。鎂合金在熱軋過程中發生動態再結晶，獲得再結晶組織，晶粒得到細化，結合加工硬化效應，強度硬度大幅提高。板材收到軋輥壓力的作用，板材組織結構變得致密，有效減少焊縫處的微小氣孔，減少了板材受力時的裂紋源及其擴展路徑。本專利技術工藝，在不進行軋后退火情況下，可使鎂合金焊接板材的焊縫及熱影響區處的抗拉強度提高到基材的90%以上，焊縫-熱影響區處的組織細化至基材晶粒大小。經過軋制的鎂合金焊板，組織性能得到大幅改善，并產生了一定量的孿晶，整體的殘余應力增加。對于3mm厚TIG焊得到 的AZ31鎂合金焊接板，去應力退火溫度為300±5°C，時間2h。其他成分及厚度的鎂合金焊接板材，其去焊接應力退火工藝可以此為依據做適當調整。所述焊接板材為填絲TIG焊、攪拌摩擦焊，單/雙面對焊板材，TIG焊時坡口可根據板材厚度選擇不開坡口、V型坡口、X型坡口等。相比現有技術，本專利技術具有如下有益效果:1.本專利技術通過TIG焊對焊得到無明顯焊接缺陷的鎂合金焊板，然后對其進行熱處理及熱軋等工藝，獲得組織和性能跟基材相近，具有晶粒細小的焊縫、熱影響區組織的鎂合金焊接板。TIG焊在保護氣下進行，可有效防止鎂合金板材在焊接過程中的氧化，交流TIG焊在得到一定熔深的同時，可起到陰極霧化作用，清除板材表面的氧化夾雜，且相對于攪拌摩擦焊來說，TIG焊對所焊板材的形狀、表面質量要求較低。2.本專利技術所述加工工藝，工藝簡單，使固溶強化、細晶強化及加工硬化多種合金強化原理相結合。經過此工藝，焊縫強度提高明顯，與基材的抗拉強度相近。采用氬弧氣體保護焊(TIG)雙面焊方法焊接的3mm厚AZ31焊板，經過此工藝處理后，焊板的抗拉強度，從基材的70%，最高可提高到90%以上，斷裂位置以焊縫中心為主，部分在熱影響區斷裂。3.根據板材的最終性能要求，可在一定范圍內靈活調整工藝參數。焊后退火工藝、軋制壓下量均可根據原始板材厚度、成型工藝等做出適當調整，以適應使用條件。4.本工藝的專利技術，在提高焊縫-熱影響區-基材的整體強度的同時，由于焊縫-熱影響區的晶粒發生再結晶，并且最終與基材晶粒大小相當，焊縫在不腐蝕的情況下很難觀察到，提高了焊板的美觀性。5.本工藝過程周期短，適合大批量加工生產。常見的商用AZ31板材厚度一般在f IOmm之間，所需的焊后的去應力退火溫度較低，300°C下時間只需f3h即可。軋制過程的總保溫時間一般不超過2h，整個過程可在1.5^5h內完成。通過研究總結，本專利技術的內在機理為:1.鎂合金焊接板材中，由于焊縫在冷卻過程中收縮，熱影響區受熱膨脹，焊縫-熱影響區-基體三個區域之間存在焊接應力。同時，焊縫處為鑄態組織，由于焊接過程中冷卻速度較快，大量第二相沒有溶解，通過去應力退火，有效減小了焊接應力，適當軟化焊板、溶解第二相，為熱軋階段做準備。2.熱軋過程中，鎂合金板材受軋輥壓應力作用，位錯、孿晶密度增加，當壓下量達到一定程度時，焊縫、熱影響區和基材發生動態再結晶，在變形組織中出現無畸變的新晶粒，晶粒得到細化，對焊縫-熱影響區起到細晶強化作用，軋下量進一步增加，又在無畸變的晶粒中產生加工硬化效應。在此過程中，原焊縫區域中存在的大量Mg17Al12相溶入基體，達到固溶強化的效果。同時，在壓應力作用下，焊縫變得緊實，使得焊縫焊接過程中產生的一些微小氣孔得以消除，有效減少了焊縫及熱影響區處的裂紋擴展路徑，從而提高焊接接頭的抗拉強度。熱軋后的焊板，焊縫-熱影響區受到固溶強化、動態再結晶細晶強化及加工硬化共同作用，組織細化，強度顯著提升。附圖說明圖1、3、5、7分別為編號A、B、C和D樣品(樣品I)的焊縫-熱影響區的金相顯微照片; 圖2、4、6、8分別為編號A、B、C和D樣品的基材金相顯微照片。圖10、11分別為編號A、C樣品的小倍數金相顯微照片。圖9為編號A、B、C和D樣品的焊縫(FZ)、熱影響區(HAZ)和基體(BM)的平均晶粒大小散點統計圖。 具體實施例方式下面參照附圖并結合具體實例，進一步闡述本專利技術，應理解的是，這些實例是用于說明本專利技術，而不是對本專利技術的限制，在本專利技術的構思前提下對本專利技術制備方法的簡單改進，都屬于本專利技術所要求保護的范圍。樣品I為原始板材3mm厚軋制AZ31鎂合金板，焊接方向垂直原始板材軋制方向。樣品2為原始板材3mm厚擠壓AZ31鎂合金板，焊接方向平行原始板材擠壓方向。—種改善鎂合金焊接組織與性能的方法(改善鎂合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改善鎂合金焊接組織與性能的方法，其特征在于，包括如下步驟：1）首先，將鎂合金焊接板材置于熱處理爐中，溫度在250℃~350℃之間，進行1~3h的焊后去應力退火；2）然后，采用金相砂紙將焊縫處打磨平整，使之與基材等高；?3）將鎂合金加熱到350℃~400℃，保溫預熱20min~1h；再在350±50℃下熱軋。

【技術特征摘要】
1.一種改善鎂合金焊接組織與性能的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)首先，將鎂合金焊接板材置于熱處理爐中，溫度在250°c 350°C之間，進行f 3h的焊后去應力退火； 2)然后，采用金相砂紙將焊縫處打磨平整，使之與基材等高； 3)將鎂合金加熱到350°C 400°C，保溫預熱20mirTlh;再在350±50°C下熱軋。2....

【專利技術屬性】
技術研發人員：張丁非，柴森森，潘復生，馬春華，張紅菊，胡光山，董井忍，諶夏，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：