基于时效及超声冲击处理的高强铝合金激光焊接接头表面自纳米化研究

As a kind of surface strengthening method, material surface self-nanocrystallization has prospective application. However,the surface self-nanocrystallization of welded joint was rarely investigated at present. Considering the low welded joint coefficient and poor surface properties of high strengh aluminum alloy and based on the previous research, the researcher came up with a new compound treating process (A-UIT) which combined aging and ultrasonic impact treatment. Applied A-UIT to the laser welded aluminum alloy joints with heat treatment strengthening, the researcher studied on surface self-nanocrystallization of the welded joints. In this research, the microstructure and properties of high strength aluminum alloy welded joints after A-UIT and ultrasonic impact treatment (UIT) will be compared and analyzed .The study focuses on the surface self-nanocrystallization process and surface microstructure mechanism of aluminum alloy welded joints under different treatment processes. The main contents of this study include as following: the optimizing and selecting of A-UIT parameters, study the surface self-nanocrystallization process and surface microstructure mechanism of aluminum alloy welded joints, effects of A-UIT processing parameters on the microstructure of welded joints , effects of A-UIT processing parameters on the properties of welded joints etc. The feasibility of A-UIT applied on high strength aluminum alloy welded joints will be appraise on the basis of above analysis. This project has actual significance to the exploitation of aluminous resources in Inner Mongolia. It would contribute to the extensive application of high strength aluminum alloy and surface nanocrystallization.

材料表面自纳米化作为一种表面强化手段，其发展前景广阔。然而，目前焊接接头表面自纳米化研究却少有报道。作者针对高强铝合金焊接接头系数低和表面性能差的问题，在前期研究基础上提出将时效和超声冲击处理相结合的A-UIT复合新工艺，应用到可热处理强化的铝合金激光焊接头上，对其焊接接头表面自纳米化进行研究。拟采用A-UIT复合工艺制备相应纳米晶，并与未进行时效的超声冲击处理相比较，全面深入探讨A-UIT工艺下高强铝合金焊接接头表面自纳米化的过程和微观机制。内容包括A-UIT复合工艺参数的确定与优化；A-UIT复合工艺下焊接接头表面自纳米化过程及微观机制的研究；A-UIT复合工艺参数对高强铝合金焊接接头组织、结构的影响；A-UIT复合工艺参数对焊接接头性能的影响。综合评价该复合工艺在高强铝合金焊接接头上的应用可行性。本项目对充分利用内蒙古铝资源，开辟高强铝合金焊接接头表面强化的新途径具有重要意义。

材料表面自纳米化作为一种表面强化手段，其发展前景广阔。本项目采用时效-超声冲击（A-UIT）复合处理新工艺，应用到可热处理强化的铝合金激光焊焊接接头上，研究了A-UIT复合处理对7075铝合金焊接接头组织和性能的影响。. 项目确定了A-UIT复合处理工艺。以强度、硬度作为评价指标确定了欠时效、峰时效、双级时效处理工艺，以表面硬度、变形层厚度、叠状组织作为评价指标优化超声冲击处理工艺，在此基础上，得到了欠时效-超声冲击（A6-U）、峰时效-超声冲击（A24-U）、双级时效-超声冲击（AA-U）的复合处理工艺。阐明了A-UIT复合处理激光焊接接头组织演变机理。分析了A-UIT复合处理对激光焊接接头表面组织性能的影响规律。揭示A-UIT复合处理对激光焊接接头疲劳性能的影响机理。同时利用有限元模拟分析了接头不同处理下的残余应力分布。. 试验结果表明：A-UIT复合处理焊接接头晶粒尺寸和畸变沿深度呈梯度变化，A6-U、A24-U、AA-U复合处理焊接接头的应变层析出强化相分别为亚稳定相、η'相、η相。A-UIT复合处理强化是细晶强化、位错强化、应变强化和沉淀强化交互作用的结果；与未处理状态焊接接头相比，A24-U、AA-U复合处理表面纳米硬度分别提高了27.36%、25.51%；A6-U、A24-U、AA-U复合处理粗糙度分别减小了20.05μm、14.77μm、14.49μm；A6-U、A24-U、AA-U复合处理摩擦系数分别降低了36.36%、32.72%、32.72%，磨损率分别降低了68%、73%、72%；与未处理状态焊接接头相比，在表层以下200μm范围内，A-UIT复合处理使残余应力分布更加均匀，压应力由表及里逐层增大；A6-U、A24-U、AA-U复合处理的疲劳强度分别提高了7.77%、32.28%、6.87%；在超声冲击处理参数中，冲击振幅、冲击频率、冲击时静压力对残余应力影响相对较小；冲击针直径大小对焊后残余应力及超声冲击处理范围都会产生一定影响；冲击针移动速度、冲击方式、冲击时间对焊后残余应力的影响较大。. 本项目为高强铝合金在轻量化产业上的使用以及表面纳米化工艺在焊接接头上的应用上有效的提供了理论支持和技术支撑。