一种7XXX系铝合金挤压材的搅拌摩擦焊加工方法技术

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。本发明专利技术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，而且本发明专利技术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。

A friction stir welding method for 7XXX aluminum alloy extrusion material

A method of friction stir welding of 7XXX aluminum alloy extruding material is characterized by the following characteristics: first, the 7XXX aluminum alloy is extruded into extruded material and then quenched on-line, and the temperature of the 7XXX alloy extrusion material is not higher than 100 C after quenching; then, the 7XXX alloy extrusion material is heated to 100 to 120 C, and the heat preservation is heated. Between 2 ~ 12h, then natural cooling to room temperature; then, the 7XXX aluminum alloy extrusion material is welded by friction stir welding, and the weld zone is cooled to 150 to 180 C after welding, and then the whole natural cooling to room temperature. The invention can effectively control the state of the precipitation strengthening phase of the welding head and improve the mechanical properties of the welding head by controlling the heat input in the pre welding heat treatment and friction stir welding process, and the invention saves the steps of the post welding aging treatment, shortens the production process and raises the production efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种7XXX系铝合金挤压材的搅拌摩擦焊加工方法
本专利技术涉及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。
技术介绍
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的中国专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术所述的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：Zn6～6.5%，Mg1～1.5%，Cu0.2～0.8%，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。本专利技术与现有技术相比，具有以下显著优点：本专利技术将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，但经过本专利技术的方法，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，本专利技术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。下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1为本专利技术实施例1中7XXX铝合金搅拌摩擦焊接头的数码照片。图2为本专利技术实施例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ZnMgCuFeSiTi其它Al含量61.50.20.10.050.02＜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，采用本专利技术进行处理的焊缝，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，本专利技术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，其中一组采用本专利技术的工艺，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，采用本专利技术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44915对比例42814本专利技术是通过实施例来描述的，但并不对本专利技术构成限制，参照本专利技术的描述，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专利技术权利要求限定的范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2017.08.13 CN 20171068868231.一种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：Zn6～6.5%，Mg1～1.5%，Cu0.2～0.8%，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℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：周楠，王顺成，郑开宏，宋东福，黄正华，农登，
申请(专利权)人：广东省材料与加工研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44