碳化硅顆粒增強鋁基復合材料攪拌摩擦焊與流場模擬.pdf

1、本文論述了碳化硅顆粒增強鋁基復合材料攪拌摩擦焊與流場模擬。 碳化硅顆粒增強鋁基復合材料具有良好的比剛度、比強度、比模量以及高耐磨性，有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景，但是由于碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的焊接問題沒有得到良好的解決，制約了它的應(yīng)用和發(fā)展。英國焊接研究所（TWI）提出了攪拌摩擦焊接的專利技術(shù),是一種新型的固相連接技術(shù)，與傳統(tǒng)的焊接方法相比具有許多優(yōu)點，已經(jīng)被應(yīng)用于許多領(lǐng)域，但這種新興焊接方式的應(yīng)用研究仍然是當前研究的熱點。

2、 本文被焊母材金屬為碳化硅顆粒增強2024鋁基復合材料，采用自行設(shè)計制作的攪拌頭進行攪拌摩擦焊試驗。SiC顆粒作為鋁基復合材料中的增強相，有著非常高的硬度，對攪拌頭的硬度和耐磨性要求很高。GT35鋼結(jié)硬質(zhì)合金具有很高的硬度以及良好的物理性能，并且具有優(yōu)良的可機加工性能。攪拌頭采用基座和攪拌針分體裝配連接結(jié)構(gòu)，采用GT35鋼結(jié)硬質(zhì)合金制作攪拌頭的前端攪拌針，使用45號鋼做成基座。通過試驗比較凹凸槽釬焊連接攪拌頭和螺紋連接攪拌頭性能的

3、優(yōu)劣，確定選用螺紋連接攪拌頭的設(shè)計方案。采用螺紋連接攪拌頭焊后的焊縫光滑平整。 攪拌摩擦焊采用轉(zhuǎn)速1000r/min，前進速度200mm/min，下壓量5.1mm，攪拌頭傾角2.5o的參數(shù)進行攪拌摩擦焊試驗。焊縫的抗拉強度為113MPa~122MPa , 僅為母材的40％左右。焊接試驗后，對攪拌摩擦焊接頭進行力學性能檢測以及焊縫宏觀、微觀組織分析和斷口掃描分析，探討攪拌摩擦焊工藝因素和冶金因素對焊接接頭性能的影響。發(fā)現(xiàn)攪拌頭對焊

4、縫兩側(cè)作用力的不同、焊接過程晶粒再結(jié)晶以及SiC顆粒的堆積是造成焊接接頭與母材組織和性能差異的主要原因。 應(yīng)用流體動力學理論構(gòu)建攪拌摩擦焊過程的物理模型，用連續(xù)性方程、動量守恒方程和能量守恒方程組成一個非線性、全耦合的控制方程，描述攪拌摩擦焊過程中材料的塑性流動。建模時將鋁基復合材料看作是高粘度、非牛頓、不可壓縮的流體以穩(wěn)態(tài)、層流的方式繞過一個旋轉(zhuǎn)的圓錐狀帶螺紋探針。 建立了沿焊縫縱向截面攪拌頭有螺紋、無傾角和攪拌頭有螺