中間層材料對Ti-Al異種金屬攪拌摩擦焊接頭組織及性能的影響.pdf

1、Ti/Al異種金屬結構在航空航天、高速鐵路等領域有廣闊應用前景，但由于兩者物理化學性相差極大，導致其焊接性差、焊接難度大。論文通過添加中間層材料的方式，采用FSW技術對3mm厚TC4鈦合金和2A14鋁合金異種金屬進行了連接，研究了焊接工藝對焊縫成形及接頭力學性能的影響規(guī)律，并采用SEM、EDS、XRD等分析測試手段，分析了中間層材料對接頭微觀組織結構及接頭性能的影響規(guī)律，并探討了中間層材料對接頭中脆性相的調控機制。研究結果表明：

2、　　對于Al/Zn異種金屬的FSW，選擇攪拌頭旋轉速度為500rpm、焊接速度為70mm/min時，能獲得焊縫成形良好、界面成“雙鉤狀”的對接接頭，此時接頭抗拉強度為最大值152.7MPa，達到母材鋅的80.4％。鉤狀區(qū)鋁合金和鋅充分混合，出現(xiàn)局部洋蔥環(huán)、沖擊平原等形貌。且區(qū)域中形成了各種固溶體，固溶體類型從鋅側向鋁側由鋅基固溶體向鋁基固溶體轉變。Ti/Zn異種金屬的攪拌摩擦焊，由于二者物理化學性能差異過大，使得接頭的工藝參數(shù)范圍窄，二

3、者以機械咬合的方式形成連接。接頭最大抗拉強度在工藝參數(shù)為旋轉速度500rpm、焊接速度50mm/min時獲得，僅75.9MPa，為母材鋅抗拉強度的39.5％。
　　當接頭添加中間層材料Zn后，焊縫顯微硬度下降。在工藝參數(shù)為旋轉速度375rpm、焊速75mm/min時，接頭拉伸強度為最大值237.3MPa，為2A14鋁合金母材的56.7％。中間層材料Zn的加入在一定程度上能減少Ti-Al金屬間化合物的生成，促使接頭由脆性斷裂向韌性+

4、脆性混合斷裂的方式轉變。但由于中間層材料Zn容易發(fā)生熔化，故易使界面處產生缺陷，降低了接頭的力學性能。
　　加入中間層材料 Ni后，接頭抗拉強度在旋轉速度375rpm、焊接速度75mm/min時達到最大值285.3MPa，達到鋁合金母材抗拉強度的68％。接頭底部中間層材料Ni由于所受攪拌針作用較小，只發(fā)生較大程度變形，并未被攪拌成顆粒狀。底部Ni與Ti之間未完全結合，所形成的間隙成為接頭薄弱部位。通過分析接頭的斷口，得到接頭斷裂方