脈沖電流對鋁基復合材料拉深變形與擴散連接的影響.pdf

1、SiCp/2024Al復合材料具有高比強度、比模量,耐高溫、耐磨損,良好的耐疲勞性能和斷裂韌性、熱膨脹系數(shù)小及尺寸穩(wěn)定性好等特點,可適應航空航天等領(lǐng)域?qū)こ探Y(jié)構(gòu)減輕重量、提高性能的需求。但是由于SiC陶瓷顆粒的加入使得復合材料板材的塑性和韌性降低,極大地限制了SiCp/2024Al復合材料的應用和推廣。為解決SiCp/2024Al復合材料二次加工困難的問題,本文利用脈沖電流通過金屬板材產(chǎn)生焦耳熱、電致塑性效應,研究了脈沖電流輔助拉深成形

2、工藝。同時,采用加入Al-Cu-Ti粉末作為連接中間層,進行了SiCp/2024Al復合材料脈沖電流輔助瞬態(tài)液相(Transientliquidphase,TLP)擴散連接工藝的研究。
　　針對脈沖電流作用于金屬材料時,其電熱物理特性的復雜性,本文進行了加熱速率、加熱溫度、熱傳導及熱擴散等脈沖電流加熱特性的研究。結(jié)果表明采用銅/鋼復合電極,在紫銅電極與坯料之間加入不銹鋼保溫片的方法,能夠有效地減小坯料與電極間的熱傳導,提高板材坯料

3、溫度場分布的均勻性。同時,通過研究脈沖電流加熱對SiCp/2024Al復合材料的拉伸性能及微裂紋損傷修復的影響,為脈沖電流輔助成形技術(shù)走向工程化做好充分的實驗數(shù)據(jù)和理論準備。
　　通過對脈沖電流輔助成形工藝的可行性分析,結(jié)合脈沖電流作用下SiCp/2024Al復合材料的電熱物理特性,進行了脈沖電流輔助拉深成形工裝設計及工藝參數(shù)的選擇,并完成了SiCp/2024Al復合材料零件的拉深成形。成形的工件表面質(zhì)量光滑、厚度均勻、無明顯劃傷

4、和褶皺,圓角處無顯微裂紋出現(xiàn),尺寸精度達到±0.2mm。與傳統(tǒng)的熱成形工藝相比,脈沖電流輔助成形技術(shù)采用脈沖電流加熱及板材拉深成形一體化設計,具有設備簡單、加熱速度快、熱損失少及被加工材料氧化較小等特點。
　　為了解決SiCp/2024Al復合材料焊接性較差,使用一般的連接方法都難于達到理想的效果,從而影響到部件的安全性和可靠性等問題,本文提出了脈沖電流輔助瞬態(tài)液相擴散連接技術(shù),利用低壓高強度脈沖電流通過連接界面與Al-Cu-Ti

5、粉末中間層產(chǎn)生焦耳熱、高溫等離子體和電遷移等效應,實現(xiàn)對SiCp/2024Al復合材料板材的TLP擴散連接。通過對連接接頭的微觀組織及力學性能的分析結(jié)果顯示,連接接頭成份均勻、質(zhì)量良好、原位生成的Al3Ti等增強相能產(chǎn)生顆粒彌散強化,阻礙位錯滑移,在連接時間為60min時,其剪切強度值大于154.1MPa,極大的提高接頭的剪切強度。
　　采用脈沖電流輔助TLP擴散連接技術(shù),進行了SiCp/2024Al復合材料兩層結(jié)構(gòu)的連接,接頭中

6、間層與鋁合金基體界面呈冶金態(tài)連接,未見有夾雜、偏聚及氣孔等缺陷,Cu元素擴散至母材當中,形成了明顯的擴散層,連接質(zhì)量良好。鋁基復合材料的多層結(jié)構(gòu)主要取決于其連接接頭的組織結(jié)構(gòu)和力學性能,由于表面氧化膜和碳化硅顆粒偏聚的影響,造成了SiCp/2024Al復合材料的連接難以達到理想的效果,極大的制約了SiCp/2024Al復合材料板材多層結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應用。脈沖電流輔助TLP擴散連接技術(shù)的出現(xiàn),為鋁基復合材料多層結(jié)構(gòu)的應用提供了可能,相信隨著