韋寶權(quán)，袁紅昆，祝 影，魏鵬堯，金文福

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽(yáng)111000)

焊后熱處理對(duì)6061-T6接頭組織和性能的影響研究

韋寶權(quán)，袁紅昆，祝 影，魏鵬堯，金文福

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽(yáng)111000)

以6061-T6鋁合金MIG焊接試樣為基體，焊后分別進(jìn)行175℃×8h、525℃×30min+175℃×8h兩種熱處理，分析焊后不同熱處理制度對(duì)焊縫組織及性能的影響。研究結(jié)果表明，經(jīng)時(shí)效處理的接頭組織不均勻性和強(qiáng)化相的分布得到改善，抗拉強(qiáng)度提高36.39MPa。經(jīng)固溶+時(shí)效處理的接頭，熱影響區(qū)的Mg2Si回溶，熱影響區(qū)消失，抗拉強(qiáng)度提高58.42MPa。

6061-T4鋁合金；焊接；熱處理；顯微組織；力學(xué)性能

0 前言

6系鋁合金經(jīng)固溶人工時(shí)效（T6）后具有良好的力學(xué)性能、抗腐蝕性能及工藝性能，因此成為車體輕量化的理想材料[1～3]。鋁合金車體制造多以MIG和TIG弧焊為主，焊后接頭軟化嚴(yán)重，直接影響車輛安全和使用壽命[4]。目前，提高鋁合金焊接接頭性能的研究主要集中在焊接工藝、焊接方法以及填充材料方面，并取得了豐碩的研究成果，但關(guān)于焊后熱處理的研究甚少[5～6]。本文以熱處理強(qiáng)化型6061鋁合金為對(duì)象，研究焊后熱處理對(duì)焊接接頭組織和性能的影響，為擴(kuò)大鋁合金的工程化應(yīng)用積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

母材選用6061-T6鋁合金，尺寸為300mm×150mm×4mm。母材的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2所示。

表1 6061鋁合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

表2 6061-T6鋁合金力學(xué)性能

1.2 試驗(yàn)方法

焊前使用氣動(dòng)鋼絲刷對(duì)母材表面進(jìn)行打磨，使其露出金屬光澤，采用福尼斯TPS 5000焊機(jī)對(duì)材料進(jìn)行MIG焊接。接頭形式及坡口尺寸如圖1所示，其中t1=t2=4mm，α=70°，b=0～0.5。焊絲選用直徑為?1.2mm的ER5356，保護(hù)氣體為Ar，純度＞99.99%，兩層焊道焊接電流分別選用97A和125A，焊接速度為60cm/min，氬氣流量為20L/min。對(duì)焊后試樣分別進(jìn)行不同制度的熱處理，焊后熱處理制度如表3所示。

圖1 接頭形式及坡口尺寸

表3 焊后熱處理制度

使用島津AG-X 100KNH型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，加載速率10mm/min，按照GB/T 2651-2008焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)要求制備試樣，每組測(cè)試3個(gè)試樣，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果；使用蔡司M2m光學(xué)顯微鏡和島津SSX-550型SEM進(jìn)行接頭組織觀察；使用FV-810型維氏顯微硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)試，測(cè)試位置為壁厚二分之一處水平方向，測(cè)試載荷2kg，測(cè)試點(diǎn)間距為1mm。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 金相組織

對(duì)T6-1、T6-4、T6-7焊縫接頭進(jìn)行金相組織觀察。如圖2（a）、圖2（b）、圖2（c）所示分別為T(mén)6-1、T6-4、T6-7的焊縫區(qū)組織，焊縫區(qū)組織為鋁合金典型鑄態(tài)組織，且無(wú)明顯差別，焊縫內(nèi)部存有氣孔。圖3為焊后不同熱處理制度的熱影響區(qū)組織。從圖3中可知，T6-1和T6-4熱影響區(qū)受焊接熱循環(huán)影響發(fā)生了再結(jié)晶，晶粒長(zhǎng)大，并有長(zhǎng)大的黑色Mg2Si相存在。T6-7經(jīng)過(guò)重新固溶時(shí)效后，熱影響區(qū)粗大的Mg2Si相發(fā)生回溶，重新析出彌散分布的強(qiáng)化相，組織均勻性得到改善。

圖2 焊后不同熱處理制度的焊縫區(qū)組織

圖3 焊后不同熱處理制度的熱影響區(qū)組織

2.2 接頭硬度

對(duì)T6-1、T6-4和T6-7 3個(gè)試樣進(jìn)行硬度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，6061-T6母材受焊接熱循環(huán)的影響較大，T6-1和T6-4焊接試樣硬度變化趨勢(shì)相似，即隨著距焊縫距離的增大硬度先增加后降低、再增加至母材硬度水平并保持穩(wěn)定。T6-1試樣硬度最低值位于距焊縫11mm處，硬度值為61.8HV，T6-4試樣硬度最低值位于距焊縫10mm處，硬度值為64HV。隨著距焊縫距離的增加，母材受焊接熱循環(huán)影響降低，熱影響區(qū)硬度開(kāi)始恢復(fù)至母材硬度。相對(duì)于T6-1焊后未處理試樣，T6-4試樣經(jīng)焊后熱處理后，焊縫和熱影響區(qū)硬度均得到一定提高，并且熱影響區(qū)寬度明顯變窄。T6-7試樣焊后重新固溶時(shí)效處理后，焊接接頭硬度變化趨勢(shì)明顯不同，焊縫硬度提升較小，熱影響區(qū)軟化得到改善，硬度得到明顯恢復(fù)。

圖4 6061-T6焊后熱處理接頭硬度分布曲線

2.3 拉伸性能

表4所示為6061-T6焊接接頭熱處理后的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果。由表4可知，未經(jīng)焊后熱處理的6061-T6焊接接頭抗拉強(qiáng)度為191.83MPa，強(qiáng)度系數(shù)（接頭抗拉強(qiáng)度/母材抗拉強(qiáng)度）為66.15%。經(jīng)過(guò)175℃×6h時(shí)效處理后抗拉強(qiáng)度達(dá)到了228.22MPa，強(qiáng)度系數(shù)為78.70%。6061-T6焊后重新固溶再時(shí)效處理后的強(qiáng)度系數(shù)達(dá)到了86.29%。相比焊后直接時(shí)效處理，重新固溶再時(shí)效處理后接頭的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度得到了回升，且斷裂位置由熱影響區(qū)轉(zhuǎn)移至焊縫。

表4 6061-T6焊接接頭焊力學(xué)性能

2.4 斷口觀察

將T6-1、T6-4、T6-7拉伸測(cè)試后試樣進(jìn)行SEM斷口形貌觀察，結(jié)果如圖5所示。

圖5 SEM斷口形貌

T6-1和T6-4的斷口形貌均為韌窩斷裂和解理斷裂的混合斷裂方式，但韌窩數(shù)量與大小差異較大，T6-4比T6-1的韌窩尺寸大、數(shù)量少，解理面面積大，說(shuō)明T6-4斷裂位置（熱影響區(qū)）的粗大的第二相較多，容易形成應(yīng)力集中發(fā)生開(kāi)裂，促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。T6-7斷口形貌韌窩大小均勻，韌窩聚合形成孔洞，撕裂棱明顯，有明顯的孔洞存在，是由焊縫氣孔或者韌窩聚合形成孔洞。

T6-1和T6-4受焊接熱循環(huán)的作用，熱影響區(qū)可細(xì)分為固溶區(qū)和過(guò)時(shí)效區(qū)。近焊縫處的熱影響區(qū)溫度高于Mg、Si原子的固溶溫度，Mg2Si強(qiáng)化相發(fā)生回溶，即形成固溶區(qū)。而遠(yuǎn)離焊縫的熱影響區(qū)溫度低于Mg、Si原子的固溶溫度，Mg2Si強(qiáng)化相發(fā)生聚集長(zhǎng)大，即形成過(guò)時(shí)效區(qū)，接頭的力學(xué)性能和塑性發(fā)生降低。但T6-4經(jīng)過(guò)焊后熱處理后，接頭組織不均勻性和強(qiáng)化相的分布得到改善，因此抗拉強(qiáng)度得到提高，然而熱影響區(qū)存在粗大的穩(wěn)定相（Mg2Si）延伸率反而下降。相對(duì)于T6-1和T6-4熱影響區(qū)組織，T6-7經(jīng)重新固溶時(shí)效后，Mg、Si元素全部重新固溶，接頭熱影響區(qū)軟化區(qū)消失，強(qiáng)度得到大幅度回升。

3 結(jié)論

（1）對(duì)6061-T6焊接件進(jìn)行175℃×6h熱處理，熱影響區(qū)最低硬度由61.8HV提高至64HV，抗拉強(qiáng)度由191.83MPa提高至228.22MPa。

（2）對(duì)6061-T6焊接件進(jìn)行525℃×30min+175℃×8h的熱處理，焊接熱影響區(qū)消失，抗拉強(qiáng)度由191.83MPa提高至250.25MPa，且斷裂位置由熱影響區(qū)變?yōu)楹缚p區(qū)。

（3）6061-T6鋁合金的焊接熱影響區(qū)經(jīng)時(shí)效處理后，組織的不均勻性及強(qiáng)化相的分布得到改善；經(jīng)重新固溶+時(shí)效處理后，Mg2Si相發(fā)生回溶，重新析出彌散分布的強(qiáng)化相。

[1]張玉美，王智明，劉建嶺.鋁合金車輪的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].鋁加工，2010，(05):25-28

[2]劉靜安，盛春磊，劉志國(guó)，潘偉津.鋁材在汽車上的開(kāi)發(fā)應(yīng)用及重點(diǎn)新材料產(chǎn)品研發(fā)方向[J].鋁加工，2012，(05):4-16

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Effect of Post Weld Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of 6061-T6 Aluminum Alloy Welded Joint

WEI Bao-quan,YUAN Hong-kun,ZHU Ying,WEI Peng-yao,JIN Wen-fu
（Liaoning Zhongwang Group Co.,Ltd.,Liaoyang 111003,China）

Taking the 6061-T6 aluminum alloy as the objective,butt filler welding of 6061-T6 aluminum alloy by MIG arc welding was carried out,and the weld parts were heat treatment at 175℃×8h and 525℃×30min+175℃×8h.The effects of post weld heat treatment on microstructure and mechanical properties of welded joint were studied.The results show that the uniformity of microstructure and the distribution of strengthen phases of 6061-T6 aluminum alloy welded joint with aging treatment are improved,and the tensile strength increased by 36.39MPa;for the welded joint with solid solution and aging treatment,the Mg2Si phase of heat-affected zone dissolved into the matrix,the softening effect of heat affected zone disappeared and the tensile strength increased by 58.42MPa.

6061-T6 aluminum alloy;welding;heat treatment;microstructure;mechanical properties

TG441.8，TG457.14

A

1005-4898(2017)06-0054-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.06.11

韋寶權(quán)（1992-），男，遼寧錦州人，碩士，主要從事鋁合金焊接研究。

2017-09-09