鋁-鋼攪拌摩擦搭接強流變作用下界面行為及力學(xué)性能研究.pdf

1、鋁/鋼異種金屬材料復(fù)合接頭具有減輕結(jié)構(gòu)重量、降低成本等優(yōu)勢，在航空航天、軌道交通等領(lǐng)域內(nèi)具有極其廣泛的應(yīng)用前景，其連接技術(shù)是工程技術(shù)領(lǐng)域的一個熱點和難點問題。攪拌摩擦焊作為一種固相焊接方法，目前已成功應(yīng)用于鋁、鎂、銅等有色金屬的連接，異種金屬材料的連接正成為攪拌摩擦焊的研究熱點。由于物理、化學(xué)性質(zhì)差異較大，鋁/鋼攪拌摩擦焊難度大，存在接頭性能低、易產(chǎn)生脆性金屬間化合物等問題。本文研究了3 mm厚6082-T6鋁合金與2 mm厚Q235A

2、異種金屬攪拌摩擦焊搭接技術(shù)，揭示了攪拌摩擦焊焊縫表面成形機制，研究了工藝參數(shù)對接頭微觀組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，闡明了強形變作用下界面的成形特征，分析了鋁/鋼攪拌摩擦焊搭接過程中界面層金屬間化合物的形成機制。
　　通過鋁/鋼攪拌摩擦焊搭接試驗研究，分析了接頭焊縫鋁合金表面及搭接界面鋼表面的弧紋狀結(jié)構(gòu)。焊縫表面形成了凸凹交替、連續(xù)分布的半圓弧狀紋線，接頭橫截面表層組織呈現(xiàn)出了連續(xù)性的鋸齒形的形狀。通過對焊縫中心弧形紋的三維立體形貌表

3、征，發(fā)現(xiàn)相鄰兩波峰或者波谷之間的距離等于攪拌頭每旋轉(zhuǎn)一周所前進(jìn)的距離。固定轉(zhuǎn)速1000 r/min，低焊接速度的情況下，表層立體形貌呈正弦波結(jié)構(gòu)，隨著焊接速度的增大，正弦波演變?yōu)椤皩︺^”形結(jié)構(gòu)。固定焊接速度為200 mm/min，改變轉(zhuǎn)速時，表層紋路立體形貌保持“對鉤”形結(jié)構(gòu)不變。
　　對接頭宏、微觀組織特征進(jìn)行分析，闡明了接頭性能與微觀組織的相關(guān)性。研究結(jié)果表明，接頭橫截面由攪拌區(qū)、熱機影響區(qū)、熱影響區(qū)、鋁-鋼界面區(qū)和母材五部分

4、組成。界面區(qū)呈渦旋或?qū)盈B卷曲特征，主要由Fe顆粒、Fe-Fe/Al金屬間化合物疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)以及彌散的顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)三類組織構(gòu)成；接頭的抗剪切強度值較低，斷口表面可以檢測到Al、Fe、Fe/Al金屬間化合物等物相的存在；接頭的硬度分布情況與顯微組織相對應(yīng)，在焊核與母材的過渡區(qū)存在明顯的硬度軟化特征。鋁/鋼搭接攪拌摩擦焊試驗研究表明，隨著焊接速度的提高或者轉(zhuǎn)速的降低，接頭有效搭接面積減小，界面區(qū)金屬間化合物含量減小，渦旋或?qū)盈B卷曲狀組織結(jié)構(gòu)逐

5、漸向平滑型組織轉(zhuǎn)變，接頭抗剪強度提高。焊接速度從25 mm/min增加到400 mm/min時，接頭承載能力提高了43.8％，在焊接速度為200 mm/min，轉(zhuǎn)速為800 r/min時，所得接頭的最大拉剪載荷最高達(dá)到7400N。
　　對鋁/鋼攪拌摩擦焊搭接界面處化合物的形成進(jìn)行了熱力學(xué)分析，提出了強流變作用下界面區(qū)金屬間化合物層的成因。攪拌摩擦焊接過程中，原始的Al、Fe晶粒拉長形成層狀組織，隨后分別發(fā)生不連續(xù)和連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶；