狀態(tài)及用途

板材 O、T3、T361、T4、T72、T81、T861

厚板 O、T351、T361、T851、T861

拉伸管 O、T3

擠壓管、型、棒、線材 O、T3、T3510、T3511、T81、T8510、T8511

冷加工棒材、線材 O、T13、T351、T4、T6、T851 無錫阪神冶金提供

典型用途

飛機結構（蒙皮、骨架、肋梁、隔框等）、鉚釘、導彈構件、卡車輪轂、螺旋漿元件及其他各種結構件。

性能介紹

LY12鋁板在不同溫度下的典型抗拉、屈服性能。

合金和狀態(tài) 溫度 抗拉極限MPa 屈服極限MPa 伸長率%

LY12-T4 T351 -195 580 420 19

厚板 -80 490 340 19

-30 475 325 19

25 470 325 19

100 435 310 19

150 310 250 17

205 180 130 27

260 75 60 55

LY12-T6 T651

溫度 抗拉極限MPa 屈服極限MPa 伸長率%

應用范圍

LY12鋁板廣泛應用于飛機結構（蒙皮、骨架、肋梁、隔框等）、鉚釘、導彈構件、卡車輪轂、螺旋槳元件及其他各種結構件。

化學成分（%）

硅 Si: 0.50 鐵 Fe:0.50 銅 Cu:3.8～4.9 錳 Mn:0.3～0.9 鎂 Mg:1.2～1.8 鉻 Cr:0.10 鎳 Ni: --

鋅 Zn:0.25 鈦 Ti :0.15 其它: 0.15 鋁 Al:余量

力學性能

抗拉強度 σb (MPa)：205～420

伸長率 δ10 (%)：12～15

固溶處理溫度：529℃～541℃.

抗拉強度(≥Mpa)470

0.2%屈服強度(≥Mpa)325

伸長率(θ5%)10

疲勞強度105

硬度HB120

電導率20°C,30

20°C電阻率n .m 48

彈性模量 68

焊接

目前國內(nèi)外許多學者都在進行攪拌摩擦焊焊接過程塑性金屬流動的可視化工作，并且提出了大量的方法，如嵌入示蹤粒子法、鋼球示蹤法，異種鋁合金金相組織顯示法等等[1-7]。研究將兩種鋁合金通過攪拌摩擦焊連接，焊后制成金相試樣，通過兩種鋁合金顯微組織在同一腐蝕液下呈現(xiàn)的截然不同形貌的對比，觀察攪拌摩擦焊焊縫金屬的流動特性。

1 試驗材料及方法

試驗選用的材料為LY12和LF2兩種鋁合金，其化學成分見表1。試驗在自制的FSW焊機上進行，選用的焊接參數(shù)見表2，焊接參數(shù)由焊機控制系統(tǒng)的MCGS組態(tài)軟件實時檢測記錄[8]。具體試驗過程如下：采用3mmLF2和6mmLY12搭接以及6mmLF2和6mmLY12對接，分別進行攪拌摩擦焊試驗。焊后按照觀測要求，分別截取不同位置的橫、縱截面，用Keller's腐蝕劑腐蝕30秒后制成金相試樣，在XJP-200光學顯微鏡下觀察焊縫顯微組織。由于兩種材料不同的耐腐蝕性能，LY12耐腐蝕性較弱，顯微組織較暗，而LF2耐腐蝕性較強，顯微組織則較亮，因而試樣呈現(xiàn)明暗兩種顯微組織的分布，通過不同組織外觀顯示了鋁合金攪拌摩擦焊的流場分布。

表1 LY12與LF2鋁合金的化學成分對比 （wt%）

型號 Mg Mn Fe Si Cu

LF2 2.0-2.8 0.15-0.40 0.40 0.40 0.10

LY12 1.2-1.8 0.3-0.9 — — 3.8-4.9

表2 焊接參數(shù)

焊接參數(shù) 軸肩/攪拌針 直徑D/d（mm） 攪拌針長度l（mm） 旋轉速度ω（r/min） 焊接速度v（mm/min） 焊接能量P（W）

搭接接頭 32 /10 8.5 1025 16 6435

對接接頭 24 /8 5.5 1250 42 5960

2 試驗結果分析

2.1 3mmLF2和6mmLY12搭接結果分析

通過將3mmLF2和6mmLY12搭接觀測攪拌摩擦焊塑性金屬的豎直方向的流動狀況， 接頭組織分布如圖1所示，接頭上層為3mmLF2，下層為6mm LY12。因耐腐蝕性不同，LF2呈現(xiàn)較亮的組織，而LY12則呈現(xiàn)較暗的組織。根據(jù)組織形態(tài)的不同，焊縫接頭可分為五個區(qū)：A區(qū)為黑白相間的薄層混合區(qū)，主要受攪拌針的旋轉擠壓作用剪切滑移過渡形成，局部放大如圖2-1所示；B區(qū)為下層金屬向前、向上流動區(qū)，向上流動高度高于被搭接板材的

厚度，主要受到摩擦頭軸肩后部對焊縫金屬的頂鍛摩擦作用所致；C區(qū)為洋蔥圓環(huán)區(qū)，縱截面放大圖2-3可以看到明顯的分層過渡跡象，這是由于攪拌摩擦頭旋轉前進使前方的塑化金屬受到攪拌針的旋轉擠壓作用向后流動，并呈周期性的向后轉移，并且在圖中的S處可以觀察到明顯的拐點區(qū)，說明該處流動模式發(fā)生變化；D區(qū)為底部擠壓區(qū)，由于攪拌針的長度略小于板材厚度以及摩擦頭的旋轉擠壓使塑性金屬在C區(qū)的流動模式在該區(qū)發(fā)生斷裂，形成塑性金屬的無序混合，該區(qū)也是焊縫接頭的薄弱區(qū)；E區(qū)為旋轉流動區(qū)，位于焊縫上層，主要受摩擦頭軸肩的旋轉摩擦作用，焊縫金屬由返回側向前進側轉移。

圖1 3mmLF2和6mmLY12搭接焊縫組織宏觀圖

圖2 典型區(qū)域放大圖

2-1 A區(qū)放大圖； 2-2 D區(qū)放大； 2-3 C區(qū)放大

2.2 6mmLF2和6mmLY12對接結果分析

通過將6mmLF2和6mmLY12對接觀測攪拌摩擦焊塑性金屬的水平流動狀況，接頭組織分布示意如圖3所示，接頭左側為LF2，右側為LY12。因耐腐蝕性不同，接頭兩側呈現(xiàn)明暗不同的組織分布。焊縫對接接頭分區(qū)與搭接接頭相同，圖3中A、B、C、D、E五個分區(qū)分別對應圖1中的A、B、C、D、E五個分區(qū)。此外，從圖3中可以觀察到焊縫前進側母材與焊縫分界線比較明顯，而返回側母材與焊縫分界線比較模糊，說明焊縫兩側塑性金屬流動模式并不相同；焊核形狀關于焊縫中心線并不對稱，而是偏向返回側，說明塑性金屬流動也偏向返回側，這也驗證了攪拌摩擦焊對稱位置上前進側溫度低于返回側溫度的不對稱的溫度場分布[9]；同樣可以發(fā)現(xiàn)在焊縫上部，受摩擦頭軸肩旋轉摩擦作用的影響，塑性金屬更多的是從返回側進入前進側，如E區(qū)所示；而在焊縫下部塑性金屬更多的是從前進側進入返回側，如C、D區(qū)所示；而在A、C區(qū)，可以觀察到塑性金屬的黑白相間的分層過渡現(xiàn)象。

圖3 6mmLF2和6mmLY12對接焊縫組織宏觀圖

3 結 論

（1）采用異種鋁合金攪拌摩擦焊的不同顯微組織觀測塑性金屬流動情況，該方法簡單直觀。

（2）焊縫金屬流動模式關于焊縫中心并不對稱，按流動特征不同焊縫大致分為五個分區(qū)。

（3）可以觀察到清晰的洋蔥圓環(huán)區(qū)和薄層間混結構。

（4）攪拌針兩側焊縫下層金屬有向前、向上流動的趨勢，向上流動高度高于被搭接板材的厚度。

對應牌號： 　國標：2A12(LY12) GB/T 3190-1996 　

ISO：AlCu4Mg1 ISO 209.1-1989 　

日標：A2024 JIS H4000-1999 JIS H4040-1999 　

非標：24530 IS5902 　

法標：2024（A-USG1) NF A50-411 NF A50-451 　

美標：2024 AA

現(xiàn)貨規(guī)格

LY12板材現(xiàn)貨規(guī)格：0.3mm-350mm(厚度)

LY12棒材現(xiàn)貨規(guī)格：3.0mm-500mm(直徑)

LY12線材現(xiàn)貨規(guī)格：0.1mm-20mm(線徑)