線性摩擦焊過程中的原子擴散及缺陷演化動力學(xué)模擬.pdf

1、線性摩擦焊接是一種高效的固相連接方法，在整體葉盤制造等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。線性摩擦焊過程是一個伴隨著力、熱和冶金現(xiàn)象的復(fù)雜過程，目前在實驗上對線性摩擦焊已有大量的研究，但線性摩擦焊過程十分復(fù)雜，很多物理現(xiàn)象和機制很難通過目前實驗手段直接觀測和分析，很多現(xiàn)象和機制需要從微觀的角度分析。對線性摩擦焊數(shù)值模擬方面的研究目前大多針對的是連續(xù)體，然而很多物理過程如原子擴散等是離散的。因此，從原子尺度對線性摩擦焊過程進行分析非常有必要。
　

2、　本文采用分子動力學(xué)方法，從原子尺度對線性摩擦焊過程進行數(shù)值模擬，建立了 Ni-Al線性摩擦焊的分子動力學(xué)模型，包括摩擦階段和頂鍛階段，研究了不同工藝參數(shù)對擴散層的影響，結(jié)果表明，提高頂鍛壓力和摩擦速度對總的擴散層厚度的增加都有促進作用，摩擦速度主要對摩擦階段生成的擴散層有較大影響，而頂鍛階段生成的擴散層主要受頂鍛壓力的影響。
　　基于此模型，我們研究了表面粗糙度對線性摩擦焊過程的影響。研究結(jié)果表明，粗糙表面在摩擦過程中逐漸消失，

3、較硬材料表面粗糙時會對焊后界面組織的成分和結(jié)構(gòu)造成影響，較軟材料的粗糙表面對焊后界面組織影響不大。通過模擬，我們得出當(dāng)表面粗糙時，線性摩擦焊的過程主要分為三個步驟，首先是兩側(cè)材料相互靠近并逐漸接觸，在頂鍛力和摩擦力的作用下開始摩擦階段，較軟材料(Al)開始變形，以便使兩側(cè)材料有更大的接觸面積。然后隨著摩擦的進行，較軟材料(Al)變形越來越大，使兩側(cè)材料的界面達(dá)到完全緊密的接觸。最后，在兩端施加頂鍛力，完成焊接。
　　此外，我們還研

4、究了線性摩擦焊過程中的孔洞彌合規(guī)律。在Ni和Al兩側(cè)分別預(yù)置孔洞，為了考慮界面處擴散層對孔洞的影響，分別考慮孔洞離界面較近和較遠(yuǎn)的情況，模擬結(jié)果表明，當(dāng)孔洞離界面較近時，孔洞可以在焊接過程中彌合，Al側(cè)孔洞在摩擦階段彌合，Ni側(cè)孔洞在頂鍛階段彌合；當(dāng)孔洞彌合時，都是從靠近界面的方向開始彌合。當(dāng)孔洞離界面較遠(yuǎn)時，Al側(cè)孔洞可以在頂鍛階段完全彌合，而Ni側(cè)孔洞不能彌合，
　　最后，本文建立了線性摩擦焊的有限元模擬模型，提出了線性摩擦焊