CN108247196A - 一种7xxx系铝合金挤压材的搅拌摩擦焊加工方法 - Google Patents

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郑开宏
宋东福
黄正华
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Abstract

一种7XXX系铝合金挤压材的搅拌摩擦焊加工方法，其特点是：首先，将7XXX系铝合金挤压成挤压材，然后进行在线固溶淬火，且淬火后7XXX系铝合金挤压材的温度不高于100℃；接着，将7XXX系铝合金挤压材升温至100℃～120℃，保温时间2～12h，然后自然冷却至室温；再接着，将7XXX系铝合金挤压材进行搅拌摩擦焊，且焊接后将焊缝区快速冷却至150℃～180℃，然后整体自然冷却至室温。本发明通过焊前热处理以及搅拌摩擦焊过程中热输入量的控制，从而能有效调控焊接头沉淀强化相的状态，改善焊接头的力学性能，而且本发明省去了焊后时效处理的步骤，缩短了生产流程，提高了生产效率。

Description

一种7XXX系铝合金挤压材的搅拌摩擦焊加工方法
技术领域
本发明涉及7XXX系铝合金挤压材焊接加工领域，具体是涉及一种7XXX系（Al-Zn-Mg-（Cu））高强铝合金挤压板材的搅拌摩擦焊加工方法。
背景技术
7XXX系（Al-Zn-Mg-（Cu））铝合金是一种高强铝合金，具有比强度高，韧性、耐腐蚀性好等特点，被广泛应用于航空航天、交通运输等领域，尤其是作为汽车轻量化材料具有广阔的应用前景。然而，在汽车领域应用中，不可避免地需要对7XXX系铝合金材料进行焊接。7XXX系铝合金常用的焊接方法为MIG焊（熔化极气体保护焊），而MIG焊极易造成合金元素烧损，从而出现热裂纹、气孔等缺陷，焊接头的性能往往无法满足应用要求。搅拌摩擦焊是一种固相连接方法，可以有效避免熔化焊出现的一系列缺陷，在焊接铝合金材料时工艺窗口较宽，接头力学性能可达母材的80%-90%，已成为拓展7XXX系铝合金材料应用领域的一项重要技术。
7XXX系铝合金是一种典型的热处理可强化型铝合金，其强化机制为沉淀相（主要为GP区和η′（MgZn2）相）弥散强化，而达到这种弥散强化效果需要通过对材料进行适当的热处理。然而，在对7XXX系铝合金进行搅拌摩擦焊的过程中，搅拌头高速旋转与待焊材料摩擦生热，该热量可造成待焊材料沉淀强化相发生溶解或粗化，导致材料的硬度和强度下降。为改善这种情况，专利号为201510139804.4的中国发明专利公开了一种改善7XXX系铝合金搅拌摩擦焊接头质量和力学性能的方法，该方法将7XXX系铝合金搅拌摩擦焊接后的冷却过程控制与后续时效过程相结合，既改善了焊接头质量，又有效地调控了焊接头中沉淀强化相的状态，提高了焊接头的力学性能。但该方法的局限性在于，在实际生产中，焊接后零件结构往往较为复杂，难以对焊件进行批量热处理，生产效率低，且焊后热处理流程较长，不利于7XXX系铝合金搅拌摩擦焊在汽车等领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种7XXX系铝合金挤压材的搅拌摩擦焊加工方法，该方法利用合适的焊前热处理技术与搅拌摩擦焊的热输入相结合，在焊接头中获得尽可能多的沉淀强化相，从而使焊接头无需进行后续热处理便获得可接受的力学性能，缩短了生产流程，提高了生产效率。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的7XXX系铝合金挤压材的搅拌摩擦焊加工方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一：将7XXX系铝合金挤压成挤压材，然后进行在线固溶淬火，且淬火后7XXX系铝合金挤压材的温度不高于100℃；而且，7XXX系铝合金由以下质量百分比的成分组成：Zn 6～6.5%，Mg 1～1.5%，Cu 0.2～0.8%，余量为Al和其它不可避免的杂质，其它不可避免的杂质单个＜0.1%，总量＜0.2%；
步骤二：将7XXX系铝合金挤压材升温至100℃～120℃，保温时间2～12h，然后自然冷却至室温；
步骤三：将7XXX系铝合金挤压材进行搅拌摩擦焊，且焊接后将焊缝区快速冷却至150℃～180℃，然后整体自然冷却至室温。
上述步骤一中，挤压温度为425℃～475℃，挤压比为90～150，挤压速度为1～2m/min，固溶温度为425℃～475℃。
上述步骤三中，搅拌摩擦焊的搅拌头旋转速度为600～800rpm，焊接速度为80～100mm/min。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：
本发明将7XXX系铝合金板材通过合适的焊前热处理技术与搅拌摩擦焊的热输入相结合，在7XXX系铝合金挤压材固溶淬火后，首先进行一次低温时效形成均匀的GP区，然后采用较低的搅拌头旋转速度进行搅拌摩擦焊，从而在不影响成形的条件下降低了搅拌摩擦焊过程的热输入量，并且同时将焊缝区快速冷却至150℃～180℃，再自然冷却至室温，尽可能地减少了焊缝区域温度过高对沉淀相造成的影响，这样在搅拌摩擦焊成形的同时相当于对合金进行了一次高温时效，生成η′（MgZn2）相，从而在焊缝区起到双级时效的强化效果，虽然母材性能低于峰值时效的性能，但经过本发明的方法，热影响区及焊缝区的性能得到了较大改善，从而提高了接头的整体力学性能。此外，本发明省去了焊后时效处理的步骤，缩短了生产流程，提高了生产效率。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明实施例1中7XXX铝合金搅拌摩擦焊接头的数码照片。
图2为本发明实施例1中7XXX铝合金搅拌摩擦焊接头纵截面的组织照片。
图3为实施例2中采用实施例和对比例工艺获得的7XXX系铝合金搅拌焊接头维氏硬度分布图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例将7XXX系铝合金（其化学成分如表1所示）挤压成6mm厚的板材，挤压温度430℃，挤压速度1m/min，挤压比120，挤压的过程中进行在线固溶淬火，淬火后板材温度为80℃以下；将挤压板材切成长宽为160×80mm的板材，选取两块板材采用110℃，8h的时效工艺进行处理；然后将两块板材进行搅拌摩擦焊接，焊接速度80mm/min，搅拌头旋转速度800rpm，焊接后立即采用水冷集中冷却焊缝至165℃，然后整体自然冷却至室温，得到了外观质量好，内部无缺陷的搅拌摩擦焊接头，如图1、2所示。
表1 实施例1中7XXX系铝合金的化学成分（wt%）
元素 Zn Mg Cu Fe Si Ti 其它 Al
含量 6 1.5 0.2 0.1 0.05 0.02 ＜0.01 余量
实施例2：
本实施例将7XXX系铝合金挤压成3mm厚的板材，挤压工艺与实施例1相同，然后选取两块板材采用100℃，8h的时效工艺进行处理。作为对比，另两块板材采用130℃，24h进行峰值时效处理。然后将两组板材进行搅拌摩擦焊接，焊接速度100mm/min，搅拌头旋转速度600rpm，焊接后立即采用空冷集中冷却焊缝至165℃，然后整体自然冷却至室温。测试两组焊缝区的维氏硬度，如图3所示。结果表明，采用本发明进行处理的焊缝，母材硬度低于对比样品，但热影响区、热机影响区和焊核区的硬度明显高于对比样品。因此，本发明可提高焊缝区的硬度，尤其在焊核区和热机影响区尤为显著，从而改善焊接头的力学性能。
实施例3：
本实施例将7XXX系铝合金挤压成4mm厚的板材，挤压温度460℃，挤压速度2m/min，挤压比140，固溶淬火后采用120℃，2h的时效工艺进行处理；然后将两组板材进行搅拌摩擦焊接，其中一组采用本发明的工艺，焊接速度100mm/min，搅拌头旋转速度800rpm，焊接后立即采用空冷集中冷却焊缝至180℃，然后整体自然冷却至室温。作为对比，另一组采用焊接速度60mm/min，搅拌头旋转速度1000rpm，测试两组焊缝区的抗拉强度，如表2所示。结果表明，采用本发明工艺制备的搅拌摩擦焊接头强度高于对比样品。
表2 实施例3中7XXX系铝合金搅拌摩擦焊接头的室温拉伸性能
工艺 抗拉强度/MPa 延伸率/%
实施例 449 15
对比例 428 14
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (3)

1.一种7XXX系铝合金挤压材的搅拌摩擦焊加工方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将7XXX系铝合金挤压成挤压材，然后进行在线固溶淬火，且淬火后7XXX系铝合金挤压材的温度不高于100℃；而且，7XXX系铝合金由以下质量百分比的成分组成：Zn 6～6.5%，Mg 1～1.5%，Cu 0.2～0.8%，余量为Al和其它不可避免的杂质，其它不可避免的杂质单个＜0.1%，总量＜0.2%；
步骤二：将7XXX系铝合金挤压材升温至100℃～120℃，保温时间2～12h，然后自然冷却至室温；
步骤三：将7XXX系铝合金挤压材进行搅拌摩擦焊，且焊接后将焊缝区快速冷却至150℃～180℃，然后整体自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的7XXX系铝合金挤压材的搅拌摩擦焊加工方法，其特征在于：上述步骤一中，挤压温度为425℃～475℃，挤压比为90～150，挤压速度为1～2m/min，固溶温度为425℃～475℃。
3.根据权利要求1所述的7XXX系铝合金挤压材的搅拌摩擦焊加工方法，其特征在于：上述步骤三中，搅拌摩擦焊的搅拌头旋转速度为600～800rpm，焊接速度为80～100mm/min。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110306132A (zh) * 2019-06-28 2019-10-08 江苏理工学院 一种提高2a14铝合金板材综合力学性能的塑性加工方法
CN112091552A (zh) * 2020-07-17 2020-12-18 广州广汽荻原模具冲压有限公司 铝合金板材组合加工方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040056075A1 (en) * 2002-09-21 2004-03-25 Iulian Gheorghe Welded aluminum alloy structure
CN1807004A (zh) * 2005-01-19 2006-07-26 广东兴发集团有限公司 7075铝合金型材在线淬火方法
CN102107327A (zh) * 2009-12-23 2011-06-29 中国科学院金属研究所 提高不连续增强铝基复合材料搅拌磨擦焊接头强度的工艺
CN102400019A (zh) * 2010-07-30 2012-04-04 美铝公司 具有耐腐蚀性的多合金组件及其制造方法
CN102528268A (zh) * 2010-12-17 2012-07-04 中国科学院金属研究所 一种增强接头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺
CN104762573A (zh) * 2015-03-28 2015-07-08 中南大学 一种改善7xxx铝合金搅拌摩擦焊接头质量和力学性能的方法
CN106399881A (zh) * 2016-11-16 2017-02-15 山东南山铝业股份有限公司 一种提高7075铝合金挤压材性能的工艺方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040056075A1 (en) * 2002-09-21 2004-03-25 Iulian Gheorghe Welded aluminum alloy structure
CN1807004A (zh) * 2005-01-19 2006-07-26 广东兴发集团有限公司 7075铝合金型材在线淬火方法
CN102107327A (zh) * 2009-12-23 2011-06-29 中国科学院金属研究所 提高不连续增强铝基复合材料搅拌磨擦焊接头强度的工艺
CN102400019A (zh) * 2010-07-30 2012-04-04 美铝公司 具有耐腐蚀性的多合金组件及其制造方法
CN102528268A (zh) * 2010-12-17 2012-07-04 中国科学院金属研究所 一种增强接头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺
CN104762573A (zh) * 2015-03-28 2015-07-08 中南大学 一种改善7xxx铝合金搅拌摩擦焊接头质量和力学性能的方法
CN106399881A (zh) * 2016-11-16 2017-02-15 山东南山铝业股份有限公司 一种提高7075铝合金挤压材性能的工艺方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110306132A (zh) * 2019-06-28 2019-10-08 江苏理工学院 一种提高2a14铝合金板材综合力学性能的塑性加工方法
CN110306132B (zh) * 2019-06-28 2021-05-18 江苏理工学院 一种提高2a14铝合金板材综合力学性能的塑性加工方法
CN112091552A (zh) * 2020-07-17 2020-12-18 广州广汽荻原模具冲压有限公司 铝合金板材组合加工方法

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