工程科学学报.第42卷.第5期：612-619.2020年5月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.5:612-619,May 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.29.001;http://cje.ustb.edu.cn Al-Zn-Mg-Cu-Zr-(Sc)合金搅拌摩擦焊接头组织和性能 王宇2,3)，熊柏青，)，李志辉1,3)区，温凯1，)，李锡武1，)，张永安，)，闫丽珍1) 刘红伟，3)，闫宏伟) 1)有研工程技术研究院有限公司有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京1014072)有研亿金新材料有限公司.北京1022003)有 研科技集团有限公司.北京100088 区通信作者，E-mail:lzh@grinm.com 摘要利用光学显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计和万能拉伸试验机等分析手段，表征了A-Zn-MgCu-Zr-(Sc)合金 搅拌摩擦焊(FSW)接头的显微组织和性能，探究了Sc元素对改善超高强A-Z-Mg-Cu-Zr合金焊接性能的作用机制.结果 表明：A-Zn-Mg-Cu-Zr-(Sc)合金焊接接头具有相似的组织特征，焊核区为动态再结晶组织，由细小均匀的等轴晶组成，包含 较高密度的位错线，大部分时效析出相回溶：热力影响区晶粒被拉长，位错密度更高，残留的时效析出相显著粗化：热影响区 保留与母材相同的晶粒形态，大部分时效析出的相发生长大，少部分粗化成η相.添加质量分数0.17%的Sc,可以使合金 FSW接头抗拉强度提升43MPa,屈服强度提升23MPa,断后伸长率改善2.3%，焊接系数达到74.1%.Al,(Sc,Z)二次析出相 可以强烈抑制位错、亚晶界、晶界的移动，细化晶粒的同时保留大量的亚结构，且自身可发挥Oroa弥散强化作用.因此， 可通过细品强化、亚结构强化和弥散强化三种方式显著提高合金FSW接头的力学性能. 关键词A-Zn-Mg-Cu-Zr-(Sc)合金；Al(Sc,Z):FSW接头：显微组织；力学性能 分类号TG146.2 Microstructure and properties of friction stir welded joints for Al-Zn-Mg-Cu-Zr-(Sc) alloys WANG Yu2,XIONG Bai-ging),LI Zhi-hui,WEN Kai,LI Xi-wu),ZHANG Yong-an),YAN Li-zhen,LIU Hong-wei YAN Hong-wei 1)State Key Laboratory of Nonferrous Metals and Processes,GRIMAT Engineering Institute Co.,Ltd.,Beijing 101407,China 2)GRIKIN Advanced Materials Co.,Ltd.,Beijing 102200,China 3)GRINM Group Co.,Ltd.,Beijing 100088,China Corresponding author,E-mail:Izh@grinm.com ABSTRACT Addition of Sc is capable of greatly improving the mechanical properties of aluminum alloy welded joints,reducing the hot crack sensitivity coefficient,thus,it could solve the welding problem of ultra-high strength aluminum alloys.Friction stir welding has the advantages of small heat-affected zone,low residual stress,and small deformation of welding work piece,making it a good choice for welding materials with high heat crack sensitivity.In this article,the microstructure and properties of friction stir welding (FSW)joints of Al-Zn-Mg-Cu-Zr-(Sc)alloys were characterized via optical microscopy (OM),transmission electron microscopy (TEM),micro-hardness testing,and universal tensile testing.The mechanism of the effect of adding Sc element on improving the welding properties of the ultra-high strength Al-Zn-Mg-Cu-Zr alloy was explored.The results show that the welding joints of Al-Zn-Mg-Cu-Zr-(Sc)alloy exhibit similar microstructure characteristics.The welding nugget zone (WNZ)displays a dynamic 收稿日期：2019-05-29 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2016YFB0300903,2016YFB0300803)Al−Zn−Mg−Cu−Zr−(Sc) 合金搅拌摩擦焊接头组织和性能 王    宇1,2,3)，熊柏青1,3)，李志辉1,3) 苣，温    凯1,3)，李锡武1,3)，张永安1,3)，闫丽珍1,3)， 刘红伟1,3)，闫宏伟1,3) 1) 有研工程技术研究院有限公司有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京 101407    2) 有研亿金新材料有限公司，北京 102200    3) 有 研科技集团有限公司，北京 100088 苣通信作者，E-mail: lzh@grinm.com 摘    要    利用光学显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计和万能拉伸试验机等分析手段，表征了 Al−Zn−Mg−Cu−Zr−(Sc) 合金 搅拌摩擦焊（FSW）接头的显微组织和性能，探究了 Sc 元素对改善超高强 Al−Zn−Mg−Cu−Zr 合金焊接性能的作用机制. 结果 表明：Al−Zn−Mg−Cu−Zr−(Sc) 合金焊接接头具有相似的组织特征，焊核区为动态再结晶组织，由细小均匀的等轴晶组成，包含 较高密度的位错线，大部分时效析出相回溶；热力影响区晶粒被拉长，位错密度更高，残留的时效析出相显著粗化；热影响区 保留与母材相同的晶粒形态，大部分时效析出的 η'相发生长大，少部分粗化成 η 相. 添加质量分数 0.17% 的 Sc，可以使合金 FSW 接头抗拉强度提升 43 MPa，屈服强度提升 23 MPa，断后伸长率改善 2.3%，焊接系数达到 74.1%. Al3 (Sc,Zr) 二次析出相 可以强烈抑制位错、亚晶界、晶界的移动，细化晶粒的同时保留大量的亚结构，且自身可发挥 Orowan 弥散强化作用. 因此， 可通过细晶强化、亚结构强化和弥散强化三种方式显著提高合金 FSW 接头的力学性能. 关键词    Al−Zn−Mg−Cu−Zr−(Sc) 合金；Al3 (Sc,Zr)；FSW 接头；显微组织；力学性能 分类号    TG146.2 Microstructure and properties of friction stir welded joints for Al−Zn−Mg−Cu−Zr−(Sc) alloys WANG Yu1,2,3) ，XIONG Bai-qing1,3) ，LI Zhi-hui1,3) 苣 ，WEN Kai1,3) ，LI Xi-wu1,3) ，ZHANG Yong-an1,3) ，YAN Li-zhen1,3) ，LIU Hong-wei1,3) ， YAN Hong-wei1,3) 1) State Key Laboratory of Nonferrous Metals and Processes, GRIMAT Engineering Institute Co., Ltd., Beijing 101407, China 2) GRIKIN Advanced Materials Co., Ltd., Beijing 102200, China 3) GRINM Group Co., Ltd., Beijing 100088, China 苣 Corresponding author, E-mail: lzh@grinm.com ABSTRACT    Addition of Sc is capable of greatly improving the mechanical properties of aluminum alloy welded joints, reducing the hot crack sensitivity coefficient; thus, it could solve the welding problem of ultra-high strength aluminum alloys. Friction stir welding has  the  advantages  of  small  heat-affected  zone,  low  residual  stress,  and  small  deformation  of  welding  work  piece,  making  it  a  good choice for welding materials with high heat crack sensitivity. In this article, the microstructure and properties of friction stir welding (FSW)  joints  of  Al –Zn –Mg –Cu –Zr –(Sc)  alloys  were  characterized via optical  microscopy  (OM),  transmission  electron  microscopy (TEM),  micro-hardness  testing,  and  universal  tensile  testing.  The  mechanism  of  the  effect  of  adding  Sc  element  on  improving  the welding  properties  of  the  ultra-high  strength  Al –Zn –Mg –Cu –Zr  alloy  was  explored.  The  results  show  that  the  welding  joints  of Al –Zn –Mg –Cu –Zr –(Sc)  alloy  exhibit  similar  microstructure  characteristics.  The  welding  nugget  zone  (WNZ)  displays  a  dynamic 收稿日期: 2019−05−29 基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2016YFB0300903，2016YFB0300803） 工程科学学报，第 42 卷，第 5 期：612−619，2020 年 5 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 5: 612−619, May 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.29.001; http://cje.ustb.edu.cn