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镁铝异种材料TG焊接接头扩散行为分析

作者:admin来源:本网 日期:2017-10-27 15:09:57 人气: 标签:

  缝熔合区形貌,并对其进行了元素扩散行为的分析及比较。结果表明镁铝直接焊接时,镁与铝之间有明显的界面,镁元素向铝母材中进行大量扩散形成扩散层,而铝元素向镁母材中的扩散很少,扩散到铝母材中的镁元素与铝形成Mgl7Al26和(3-AMg金属间化合物,造成扩散层很容易发生断裂。镁铝镀锡焊接,采用熔焊一钎焊连接方法,中间过渡金属锡与母材之间形成了一个成分、组织和性能均不相同的过渡该区对接头性能有着较大的影响。锡层对镁铝接头产生拘束强化作用,过渡层比镁铝直接焊接要狭窄,并且尚余一些没有扩散的锡层,阻止了镁元素向铝母材中扩散。锡过渡层对镁与铝的直接接触起到了一定的阻碍作用。

  0序言异种金属焊接构件的特点是,能够最大限度地利用材料的各自优点,收到“物尽其用”的效果,而且又可获得更好的经济效益。镁铝异种材料焊接将镁的高比强度、高比弹性模量、高阻尼减震性、高导热性、高静电屏蔽性、高机械加工性和极低的密度与铝的良好的机械强度、良好的耐蚀性能相结合起来111.又由于镁和铝在地壳中的含量都很丰富,因此镁铝异种材料若能牢固焊接在一起,将具有十分广阔的应用前景。镁和铝熔焊时,由于两种材料的相互溶解度很小,在焊缝中形成大量的金属间化合物12,从而使焊缝变脆,焊接困难。曾有前苏联研究者采用了真空扩散焊对镁和铝进行过焊接性分析3,最近美国和日本也正在研究镁和铝的搅拌摩擦焊145,但到目前为止国内外还未见有关镁铝异种金属熔焊焊接的报道。

  在镁上进行金属涂层处理,不仅可以获得高的耐蚀性,而且涂层的性能可以根据试验不同的要求进行调节。在镁上镀锡层是一种较好的处理方法,这是由于:(1)铝与锡的熔焊焊接性较好6,铝与锡不形成化合物;(2)锡在镁中有一定的溶解度,锡的熔点比较低,对于金属镁的氧化较少,再者经电烙铁对镁和锡的润湿性试验发现,镁与锡有一定的润湿性。所以采用镀锡的方法,镀层会有良好的接触。

  通过采用TG焊接工艺焊接镁和铝异种材料,对直接焊接和镀锡焊接接头接合区中的界面扩散行为进行研究及对比,为以后探索出新的镁铝焊接工艺奠定基础。

  1试验材料及方法11试验材料7mm的AZ31B变形镁合金和6061铝合金,试件尺寸为90mmX60mmX 17mm试件均为原始供货状态。两种材料的化学成分见表1和表2表1AZ31B镁合金的化学成分(质量分数,)余量基金项目:国家“十五”科技攻关滚动计划(20mBA311A11);教育部优秀青年教师资助计划资助项目2试验方法试验方法有直接焊接和镀锡焊接两组。

  采用不同型号的砂纸机械打磨镁板和铝板,去除焊板表面的油污和氧化物,使其两侧25 ~30mm范围内露出金属光泽。镀锡焊需将锡液刮擦到打磨好的镁板上。

  镁铝直接焊电子探针表面形貌Fg.镁铝直接焊焊接接头微区电子探针成分曲线Fg.试验采用镁板和铝板搭接TG交流焊。试件连接状态如所示。焊接工艺参数见表3将两组不同方法下焊好的试样制成金相试样,抛光后腐蚀出焊缝。用电子探针(EMA)先对焊接接头处进行整体表面形貌分析,后进行元素成分相对含量分析。

  试件放置示意图Fg.焊接电流IA焊接速度v电弧长度i气体流量2试验结果及讨论〖近界面的21直接焊接给出的是直接焊接电子探针的表面形貌,给出的是直接焊接电子探针的AlMg的成分曲线。可以清晰地看到,镁与铝之间有明显的界面,在界面靠近铝侧有一类树枝状的条带区,由的成分分析可知,这是镁元素向铝母材中的扩散层,而镁母材一侧的表面形貌并没有变化,结合可知铝元素向镁母材中的扩散很少。

  根据扩散理论,一般情况下熔点高、原子半径小的元素易于向熔点低、原子半径大的元素扩散。镁元素与铝元素的熔点相近(650 10 m,可见镁元素易于向铝中扩散。由镁的成分曲线可知,在接近界面的过程中,界面附近镁的含量急剧降低,而后急剧升高直至穿过界面,在扩散层内基本保持不变。镁的含量在靠近界面处的大幅下降是由于镁合金中的镁元素向过渡层扩散的结果。由于镁元素极易氧化,在界面很容易生成稳定的氧化物,造成界面镁的含量回升。而在扩散层内镁的含量很高,这是镁合金中的镁穿过界面扩散到此的结果。这些都说明了镁元素易于向铝中扩散。

  由铝的成分曲线可知铝的含量过程中是逐步下降的,在界面处并没有回升,而是在镁母材中的含量一直保持在最低时的状态,说明铝向镁母材中扩散较少。

  Al-Mg二元合金相图是研究镁和铝异种材料焊接的基础。由Al-Mg二元合金相41可知,在共晶温度下,镁在铝中的最大溶解度为149%在300°C时的溶解度为6 9%的镁,未溶解的镁往往与铝以金属间化合物的形式出现在组织里。因此由以上的分析知道镁铝可形成金属间化合物。

  由可见,中间过渡金属锡与两侧母材均产生了一定程度的相互扩散,形成了成分逐渐变化的扩散层。从锡的分布曲线可以很清楚地看到,锡过渡层尚余一些没有扩散。镁和锡的熔点分别为650°和2319半径分别为1364X10-10m和158X10-10m镁容易向锡中扩散,由镁成分曲线在界面处的下降证明了镁向锡过渡层中扩散。但是,由于剩余锡层的阻碍作用,使得镁母材中的镁元素向6061A1扩散的量几乎很少。这与直接焊接镁向铝合金的大量扩散明显不同。

  镀锡焊电子探针表面形貌Fg.采用X射线衍射仪(XRD)分析了AZ31BMg/6061A矿散层的相组成。X射线衍射的试验结果见根据试验结果,并与ASTM卡片比较,得到衍射峰主要为MgAL和卩-AMg说明扩散层主要由MgnAL和P-AMg金属间化合物组成,这与中的结果是一致的。

  22镀锡焊接通过在镁母材上镀锡,采用熔焊一奸焊连接方法进行镁与铝异种材料的连接试验,对于铝来说是熔焊(熔化),对于镁来说是奸焊(不熔化或少量熔化)。锡为低熔点金属(熔点为2319°C),它对镁铝接头产生拘束强化作用。带有软质过渡层的扩散接头在拉伸过程中,由于过渡层的塑性变形受到两侧高强材料的拘束,使过渡层处于三向受拉状态,从而会被强化。

  和分别给出了镀锡焊电子探针表面形依然存在证明锡并不会完全阻止镁和铝的接触。锡含量急剧升高而铝含量急剧降低,塍状相应为貌和AlMg、锡的成分曲线。与镁铝直接焊接的比较,发现镁铝镀锡焊接的中锡扩散层要狭窄。由其扩散层变薄,可见锡对于镁铝焊接过程中镁和铝的接触起到一定的阻碍作用,但是扩散层6061A1中的铝元素能扩散穿过锡扩散层,与锡形成固溶体;同时从上看,在6061A1中也有明显的锡含量,这些都证实了锡与6061A南较强的相互扩散能力。6061A1中的一些粒状相处所对应的纯锡,这也符合Al-锡二元相1,铝在锡以及锡在铝中的固溶度都较小,在共晶温度229°C以下,两相共存,因此,锡不会影响铝基体的性质。

  由以上微观分析可以看出,在中间过渡金属锡与母材之间形成了一个成分、组织和性能均不相同的过渡区,该区对接头有着较大的影响。

  给出的是镀锡焊接接头电子探针的元素面分布。

  镀锡焊接接头电子探针的元素面分布结论镁铝直接焊接,镁与铝之间有明显的界面,镁元素向6061A1中进行大量扩散形成扩散层,而铝元素向镁母材中的扩散很少,扩散到铝母材中的镁元素与铝形成MgAL和P -AMg金属间化合物,造成扩散层很容易断裂。

  镁铝镀锡焊接,采用熔焊一奸焊连接方法进行镁与铝异种材料的连接试验。中间过渡金属锡与母材之间形成了一个成分、组织和性能均不相同的过渡区,该区对接头有着较大的影响。

  锡层对镁铝接头产生拘束强化作用。过渡层比镁铝直接焊接要狭窄,尚余一些没有扩散的锡层,阻止了镁向6061A1中的扩散,而锡与6061A1有较强的相互扩散能力。可见,锡过渡层对镁与铝的直接接触起到了一定的阻碍作用,有利于改善焊接接头的性能。

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