Сплавы Al-Mg-Er-Zr, характеризующиеся превосходной прочностью и термической стабильностью, представляют собой весьма перспективные кандидатные материалы для судостроительной промышленности. Однако при использовании высокоэффективных методов лазерной сварки для соединения этого материала нерасплавленные упрочняющие частицы Al₃(Er,Zr) имеют тенденцию к сегрегации внутри сварного шва; одновременно образуются прерывистые области мелких равноосных зерен и столбчатых зерен, что приводит к снижению прочности соединения. Чтобы решить проблему сегрегации выделений и добиться полностью равноосной микроструктуры сварного шва, в этом исследовании используется метод лазерной сварки с поперечно сканирующим регулируемым кольцевым пятном луча. Перемешивание внутри расплавленной ванны смещает несплавленные частицы Al₃(Er,Zr) от линии плавления к центру сварного шва, в то время как более равномерное распределение температуры одновременно подавляет рост столбчатых зерен. В конечном счете, равномерное распределение частиц Al₃(Er,Zr), действуя в синергии с повышенным переохлаждением в ванне расплава, эффективно измельчает микроструктуру. Полученные сварные соединения демонстрируют превосходные механические свойства, достигая предела прочности на разрыв 389 ± 1 МПа-, что соответствует 93,3% прочности основного металла.
Основные выводы: Благодаря применению технологии поперечной-сканирующей кольцевой-точечной лазерной сварки в этом исследовании удалось успешно добиться синергетического регулирования как микроструктуры, так и механической прочности соединений Al-6Mg-0,1Er-0,1Zr. Основные выводы заключаются в следующем: (1) при традиционной лазерной сварке сегрегация несплавленных частиц Al₃(Er,Zr) внутри низкотемпературной зоны ламинарного течения, действующая как места гетерогенного зародышеобразования, приводит к образованию мелкозернистой равноосной зоны зерен внутри сварного шва; и наоборот, отсутствие таких частиц в центре сварного шва приводит к образованию крупнозернистой столбчатой структуры.
(2) Благодаря применению технологии сканирования кольцевых лазерных пятен было достигнуто равномерное распределение частиц Al₃(Er,Zr) в металле сварного шва. Энергичное движение замочной скважины способствовало течению ванны расплава, тем самым смещая отдельные частицы к центру сварного шва. Сочетание равномерного распределения частиц и расширенной зоны переохлаждения в совокупности способствовало измельчению металла сварного шва до полностью равноосной зеренной структуры. (3) Благодаря эффектам мелкозернистого упрочнения и дисперсионного упрочнения оптимальное соединение продемонстрировало превосходные механические свойства, достигнув предела прочности на разрыв 389 ± 1 МПа, -что соответствует 93,3% прочности основного металла.
