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作者：鄭曉敏

    A14.6 Zn-l. 2Mg鋁合金屬于可熱處理強(qiáng)化合金，該合金具有良好的熱變形性能，淬火溫度范圍較寬，在適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件下能夠得到較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的焊接性能和耐蝕性能，屬于中強(qiáng)可焊鋁合金，已被廣泛用于高速列車的車體上，且主要以焊接的形式使用。焊接裂紋是一種不允許的缺陷，因此，焊接裂紋傾向性試驗(yàn)常成為首要的焊接性試驗(yàn)項(xiàng)目。魚骨狀裂紋試驗(yàn)主要適用于評(píng)定鋁合金、鎂合金和鈦合金的板焊縫及熱影響區(qū)的熱裂紋敏感性，溝槽深度越大，表示拘束度越小，裂紋敏感性越小。

    通過魚骨狀試件焊接裂紋實(shí)驗(yàn)法研究Al-4.6Zn-l. 2Mg合金板材的焊接熱裂紋傾向性，對(duì)于這種中強(qiáng)可焊變形鋁合金的應(yīng)用具有重要的意義。

1  試驗(yàn)材料及方法

    本試驗(yàn)采用50%本合金廢料+鋁錠(純度99. 7%)和高純鋁錠（純度99. 97%）為原料，同時(shí)降低Mn、Cr微量元素的含量，合金經(jīng)過配料、熔煉、半連續(xù)鑄造，制備出300 mm厚鑄錠，再經(jīng)450℃24 h均勻化處理、銑面后熱軋成4 mm厚板材，板材編號(hào)分別為1#和2#。試驗(yàn)合金板材化學(xué)成分實(shí)測(cè)值見表1。

    本試驗(yàn)采用Φ1.2 mm的E5356鋁合金焊絲，分別針對(duì)固溶淬火后的1#板材和2#板材進(jìn)行脈沖MIG焊接試驗(yàn)，每種板材焊接5件，并按圖1尺寸加工成魚骨狀裂紋試件。焊前用丙酮清潔試板表面的油污，并用打磨工具清除其表面氧化膜。焊接工藝參數(shù)為：焊接電流200 A- 240 A，電壓22 V-26 V，焊接速度500 mm/min，氬氣流量15 L/min - 25 11min。焊后通過測(cè)量和統(tǒng)計(jì)焊縫裂紋長度來評(píng)價(jià)合金的焊接裂紋敏感性，檢查方法為目測(cè)。

    金相樣品經(jīng)機(jī)械研磨、拋光后用10 mL HCl+5mL HF+5 mL HN03 +380 mL H20腐蝕劑進(jìn)行浸蝕，并利用蔡司顯微鏡進(jìn)行金相組織觀察；采用帶有DX-4型能譜儀的EVO MAIO型掃描電鏡進(jìn)行組織與能譜分析。

2  試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1  板材焊接熱裂紋敏感性分析

    將1#板材和2#板材進(jìn)行了魚骨狀裂紋試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2，熱裂試驗(yàn)樣品形貌如圖2所示。

    從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，2#板材與焊絲匹配良好，且未出現(xiàn)裂紋；而1#板材焊后出現(xiàn)了10 mm平均長度的裂紋。這說明2#板材的抗熱裂敏感性明顯優(yōu)于1#板材的抗熱裂敏感性。

2.2  焊縫及熱影響區(qū)組織分析

    為了防止在目視檢測(cè)中遺漏可能存在的裂紋，針對(duì)板材初始焊接端10 mm處進(jìn)行組織觀察，如果焊接材料的焊接裂紋傾向性大，則易于在此處產(chǎn)生裂紋。圖3為1#板材和2#板材焊接后的焊縫及熱影響區(qū)金相組織。從圖3中可以觀察到焊后1#板材心部的熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了明顯的沿晶液化裂紋，長度在0.5 mm左右；而2#板材焊縫及熱影響區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)液化裂紋產(chǎn)生。

    針對(duì)1#板材焊接后的液化裂紋進(jìn)行了SEM分析（見圖4所示），發(fā)現(xiàn)裂紋從焊接熔合線開始，沿著軋制變形方向沿晶開裂發(fā)展；并經(jīng)能譜分析發(fā)現(xiàn)，裂紋中還含有Al-Fe-Mn-Si及Al-Cr-Mn塊狀析出相，這說明Mn、Cr微量元素及Fe、Si雜質(zhì)元素含量對(duì)板材的焊接熱裂紋敏感性有較大的影響。

2.3  焊接前板材組織分析

    由于該合金焊接件裂紋出現(xiàn)在板材心部的熱影響區(qū)內(nèi)，板材的組織也是影響焊接性能的關(guān)鍵。因此針對(duì)焊接前的l#板材和2#板材心部進(jìn)行了金相組織觀察。由板材斷面金相組織（圖5）可見，1#板材中沿軋制方向晶界上存在不連續(xù)的、大小不一的析出相，而2#板材的組織中析出相數(shù)量明顯減少，且尺寸相對(duì)較小。由于板材的制備工藝相同，說明Mn、Cr微量元素及Fe、Si雜質(zhì)元素含量的不同對(duì)析出相的析出形態(tài)及數(shù)量有很大影響。

    同時(shí)，就1#板材和2#板材中的組織進(jìn)行了掃描電鏡組織觀察及析出相的能譜分析（如圖6），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1#板材組織中主要是由a( Al)、長條狀的Al-Fe-Mn-Si相、大塊帶尖角的Al-Cr-Mn-V相組成；由于Fe、Si、Mn、Cr元素含量的降低，使得2#板材組織中主要是由a( Al)和小塊的Al-Fe-Mn相組成（如圖6e、f所示），而其他微量元素主要以固溶的形式存在于基體中。

另外，在1#板材的組織中還發(fā)現(xiàn)了長度大約為0.5 mm的微裂紋（見圖7），裂紋中夾雜有塊狀析出物，尺寸在20μm -40μm之間。

    在Al-4.6 Zn-l.2Mg合金中，由于一定量Fe、Si、Mn、Cr元素的添加，在熔鑄過程中晶界區(qū)發(fā)生了元素偏析，形成了大塊硬質(zhì)化合物聚集缺陷，在后續(xù)的軋制加工過程中難以破碎而殘留下來，而這些析出相由于不規(guī)則并帶有尖角，與基體結(jié)合較為薄弱，甚至導(dǎo)致合金變形后與基體產(chǎn)生應(yīng)變差異而產(chǎn)生微裂紋。在焊接過程中，如果該裂紋在焊縫處，因母材重熔凝固后而彌合；如果存在于焊接熱影響區(qū)，在焊接熱循環(huán)峰值溫度作用下，在焊縫和母材近縫區(qū)金屬中，由于晶間層金屬及低熔點(diǎn)析出相被重新加熱熔化，而難熔相在一定的收縮應(yīng)力作用下，易與晶界分離導(dǎo)致液化裂紋產(chǎn)生，特別是有微裂紋存在的地方更易發(fā)生。液化裂紋中發(fā)現(xiàn)的硬質(zhì)難熔塊狀A(yù)l-Fe-Mn-Si及Al-Cr-Mn析出相（如圖4）也證明了這一點(diǎn)。

3  結(jié)論

    1)隨著Mn、Cr微量元素和Fe、Si雜質(zhì)元素含量的降低，板材中的析出相尺寸減小、數(shù)量明顯減少，同時(shí)焊接熱裂紋敏感性降低。

2)大塊含Mn或Cr等析出相的存在，是影響Al-4. 62n-1. 2Mg合金板材焊后組織中液化裂紋產(chǎn)生的主要原因。

4摘要：采用MJC焊對(duì)Al-4. 62n-l. 2Mg合金板材進(jìn)行魚骨狀裂紋試驗(yàn)，通過目測(cè)、金相組織觀察、SEM組織分析及EDS分析等方法，研究了不同含量添加元素對(duì)Al-Zn-Mg合金板材熱裂紋傾向性的影響。結(jié)果表明，隨著Mn、Cr微量元素和Fe、Si雜質(zhì)元素含量的降低，板材中的析出相尺寸變小、數(shù)量減少，同時(shí)焊接熱裂紋敏感性降低。