本文關(guān)鍵詞：鋁—鋼異種金屬攪拌摩擦焊工藝及性能研究　出處：《沈陽理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 鋁合金 雙相鋼 金屬間化合物 力學(xué)性能 攪拌摩擦焊

【摘要】：鋁-鋼異種金屬的連接在造船、航空、汽車制造等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用,然而由于鋁與鋼之間物理、化學(xué)、力學(xué)等性能差異巨大,很難用傳統(tǒng)的熔化焊連接。作為一種新型的固相連接技術(shù),攪拌摩擦焊(FSW)在鋁-鋼異種金屬連接中越來越得到廣泛關(guān)注。本文以汽車制造中常用的5182鋁合金與DP1180雙相鋼薄板(1.2mm厚)為研究對象,系統(tǒng)地研究了鋁-鋼異種金屬FSW對接及搭接工藝,并對接頭的微觀組織及力學(xué)性能做了深入、細(xì)致的探討。主要研究目標(biāo)為:通過對鋁-鋼異種金屬FSW工藝優(yōu)化分析,闡明影響接頭質(zhì)量的關(guān)鍵因素,得到與無缺陷、高質(zhì)量接頭;揭示界面金屬間化合物(IMC)微觀組織特點(diǎn),闡明界面成形機(jī)理,揭示界面微觀組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系。主要進(jìn)行了以下研究工作:選取1.2 mm厚鋁-鋼薄板進(jìn)行FSW對接研究,當(dāng)鋼板位于前進(jìn)側(cè)、鋁板位于后退側(cè)時(shí)可獲得無缺陷的接頭,采用攪拌工具偏置,向鋼側(cè)偏置1 mm時(shí)接頭成形性最佳。通過調(diào)整轉(zhuǎn)速、焊速兩個(gè)工藝參數(shù)來控制FSW過程中的熱輸入。當(dāng)采用轉(zhuǎn)速為400 rpm,焊速為50 mm/min的較低熱輸入時(shí),可獲得與母材等強(qiáng)度、無缺陷、高質(zhì)量的FSW接頭。在此參數(shù)下,鋁-鋼界面處生成一層均勻而連續(xù)的IMC薄層,兩種材料之間達(dá)到良好的冶金結(jié)合。利用透射電鏡(TEM)對鋁-鋼FSW對接接頭的焊核區(qū)及界面處的IMC形貌進(jìn)行了細(xì)致研究,并對Al-Fe反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了闡述。焊核區(qū)能觀察到渦旋狀洋蔥環(huán)流動(dòng)形貌,且不均勻地分布著大小不一的鋼顆粒。鋼顆粒周圍有Al-Fe的IMC生成,經(jīng)電子衍射譜分析確定為Al5Fe2。鋁-鋼界面附近分布著許多堆垛層狀結(jié)構(gòu),一定程度上增加了界面IMC層的厚度,降低力學(xué)性能。利用TEM進(jìn)行細(xì)致觀察發(fā)現(xiàn),Al-Fe界面區(qū)由鋼側(cè)混合層和厚度大約為250 nm的IMC層組成�；旌蠈映拭靼禇l帶狀相間,由約50 nm厚的IMC條帶與約500 nm厚的鋼母材交替排列組成。IMC層附近存在大量Al的超細(xì)晶,鋼側(cè)混合層觀察到拉長變形的晶粒。電子衍射譜分析表明,對接界面上的Al-Fe IMC為Al5Fe2。選用不同尺寸的攪拌工具,對鋁-鋼進(jìn)行FSW搭接,研究了不同攪拌工具尺寸、下壓量及熱輸入對接頭組織及性能的影響。將鋼板置于下方,鋁板置于上方,下壓量為壓入鋼板0.2 mm。采用大尺寸的攪拌工具,當(dāng)轉(zhuǎn)速為800 rpm,焊速為50mm/min,鋼置于前進(jìn)側(cè)時(shí),獲得斷在母材與母材等強(qiáng)度的接頭。在焊核區(qū)界面附近分布著許多剝落在鋁基體中的鋼顆粒,其周圍包裹著很厚的IMC。Hook缺陷明顯得到控制減弱,僅在前進(jìn)側(cè)微小突起,且在界面形成了連續(xù)、均勻的IMC層,經(jīng)EDS成分分析為Al4Fe。
[Abstract]:Aluminum-steel dissimilar metals have important applications in shipbuilding, aviation, automobile manufacturing and so on. However, the physical, chemical and mechanical properties of aluminum and steel vary greatly. It is difficult to connect with traditional fusion welding. As a new solid-state bonding technology. Friction stir welding (FSW) has attracted more and more attention in the connection of aluminum and steel dissimilar metals. In this paper, the thickness of 5182 aluminum alloy and DP1180 dual phase steel sheet is 1.2mm thick, which is commonly used in automobile manufacturing. For the study. The docking and lapping process of aluminum-steel dissimilar metal FSW were systematically studied, and the microstructure and mechanical properties of the joint were also studied. The main research objectives are as follows: through the optimization and analysis of FSW process for Al-steel dissimilar metals, the key factors affecting the quality of joints are clarified, and the joints with no defects and high quality are obtained. The microstructure of intermetallic intermetallic compound (IMC) was revealed and the mechanism of interfacial forming was explained. To reveal the relationship between interface microstructure and mechanical properties. The main work is as follows: 1.2mm thick Al-steel plate is selected for FSW docking, when the plate is located on the forward side. When the aluminum plate is located on the back side, it can obtain the non-defect joint. When the mixing tool is biased and the steel side is biased to 1 mm, the joint has the best formability, and the rotation speed is adjusted. The heat input in FSW process is controlled by two technological parameters of welding speed. When the heat input of 400rpm rotating speed and 50 mm/min welding speed is adopted, the same strength as the base metal can be obtained and there is no defect. High quality FSW joints. Under this parameter, a uniform and continuous IMC layer is formed at the Al-steel interface. Good metallurgical bonding was achieved between the two materials. The morphology of IMC at the nugget and interface of Al-steel FSW butt joint was studied in detail by means of transmission electron microscope (TEM). The mechanism of Al-Fe reaction was described. The flow morphology of vortex onion rings was observed in the nugget zone, and the steel particles of different sizes were distributed unevenly. The IMC of Al-Fe was formed around the steel particles. It is confirmed by electron diffraction analysis that Al _ 5Fe _ 2. There are many stacking layered structures near the Al-steel interface, which increases the thickness of the interface IMC layer to a certain extent. It is found that the Al-Fe interfacial zone is composed of a steel side mixed layer and a IMC layer about 250nm thick. There are a large number of ultrafine grains of Al in the vicinity of the IMC layer, which consists of the alternating arrangement of about 50 nm thick IMC strip and about 500nm thick steel base metal. The elongated grains were observed in the steel side mixed layer. The Al-Fe IMC on the butt interface was Al _ 5Fe _ 2 by electron diffraction spectrum analysis. The mixing tools of different sizes were selected. The effects of different mixing tool size, pressure and heat input on the microstructure and properties of the joint were studied by FSW. The steel plate was placed under the plate and the aluminum plate was placed on the top. The pressure is 0.2 mm. when the speed is 800rpm, the welding speed is 50mm / min, the steel is placed on the forward side. The joints with the same strength as the base metal and the base metal are obtained. There are many steel particles which flake off in the aluminum matrix near the interface of the nuke zone, and the thick IMC.Hook defects around them are obviously controlled and weakened. There are only small protrusions in the forward side, and a continuous and uniform IMC layer is formed at the interface, which is analyzed by EDS as Al _ 4Fe _ 4.
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG453.9

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 柯黎明,邢麗,劉鴿平;攪拌摩擦焊工藝及其應(yīng)用[J];焊接技術(shù);2000年02期

2 傅志紅,黃明輝,周鵬展,賀地求;攪拌摩擦焊及其研究現(xiàn)狀[J];焊接;2002年11期

3 張?zhí)飩},郭德倫,陳沁剛,欒國紅;鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2002年02期

4 云杉;攪拌摩擦焊——最具革命性的焊接新技術(shù)——專訪中國攪拌摩擦焊中心首席專家關(guān)橋院士、北京賽福斯特技術(shù)有限公司欒國紅總經(jīng)理[J];航空制造技術(shù);2003年11期

5 周細(xì)應(yīng) ,柯黎明 ,劉鴿平 ,邢麗 ,夏春 ,湯旭昌;攪拌摩擦焊的溫度分析[J];新技術(shù)新工藝;2003年10期

6 ;激光輔助攪拌摩擦焊[J];電焊機(jī);2003年07期

7 ;攪拌摩擦焊技術(shù)在中國的推廣應(yīng)用[J];電焊機(jī);2003年10期

8 姜瀾,魏緒鈞,姚廣春,王德全;鋁合金攪拌摩擦焊研究現(xiàn)狀及應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報(bào);2003年06期

9 欒國紅,南利輝,孫成彬,關(guān)橋;新型船舶制造技術(shù)-攪拌摩擦焊[J];熱加工工藝;2004年01期

10 欒國紅,柴鵬,孫成彬,關(guān)橋;汽車制造駛上攪拌摩擦焊之路[J];電焊機(jī);2004年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 張?zhí)飩};郭德倫;陳沁剛;欒國紅;;攪拌摩擦焊技術(shù)研究[A];第九次全國焊接會(huì)議論文集（第1冊）[C];1999年

2 唐偉;郭昕昱;J C McClure;李潁;L Murr;;攪拌摩擦焊及其在鋁合金連接中的應(yīng)用[A];第九次全國焊接會(huì)議論文集（第1冊）[C];1999年

3 林香祝;張敏;徐世珍;;攪拌摩擦焊技術(shù)的發(fā)展[A];第二屆中國北方焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

4 關(guān)橋;欒國紅;;攪拌摩擦焊的現(xiàn)狀與發(fā)展[A];第十一次全國焊接會(huì)議論文集（第1冊）[C];2005年

5 張彥華;常金玲;劉雪梅;;攪拌摩擦焊過程的流變學(xué)初步分析[A];第十一次全國焊接會(huì)議論文集（第1冊）[C];2005年

6 郭曉娟;董春林;康舉;欒國紅;付瑞東;;攪拌摩擦焊搭接界面缺陷初步研究[A];第十五次全國焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

7 張偉;王磊;王曉暉;;3A21與6063異種鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能分析[A];2011年機(jī)械電子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

8 欒國紅;郭德倫;張?zhí)飩};孫成彬;;鋁合金的攪拌摩擦焊[A];制造業(yè)與未來中國——2002年中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2002年

9 胡禮本;;塑料攪拌摩擦焊的力學(xué)行為[A];陜西省焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

10 崔凡;張春杰;康志明;;剛性動(dòng)支撐攪拌摩擦焊工藝研究[A];第十六次全國焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者 焦靜波;將小技術(shù)做成大產(chǎn)業(yè)[N];中國航空報(bào);2011年

2 張愛清;中國首臺(tái)機(jī)器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)推介會(huì)在制造所舉行[N];中國航空報(bào);2013年

3 欒國紅 南利輝;攪拌摩擦焊：促進(jìn)飛機(jī)制造技術(shù)發(fā)展[N];中國航空報(bào);2004年

4 侯小川;唐眾民 焊接領(lǐng)域破解難題[N];中國航天報(bào);2007年

5 梅開 侯小川;交響[N];中國航天報(bào);2007年

6 柴鵬;先進(jìn)技術(shù)帶來跨越式發(fā)展[N];中國航空報(bào);2012年

7 柴鵬;革命性的固相焊接技術(shù)——攪拌摩擦焊[N];中國航空報(bào);2012年

8 中航工業(yè)制造所 董春林;應(yīng)重視發(fā)展機(jī)器人攪拌摩擦焊技術(shù)[N];中國航空報(bào);2014年

9 吳思;十年攻關(guān)路 五年飛天行[N];中國航天報(bào);2014年

10 王姝書;突出重圍“乘上”軌道交通[N];中國航天報(bào);2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 李博;基于攪拌摩擦焊技術(shù)的TC4鈦合金表面改性研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

2 李冬曉;鋁合金靜止軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2015年

3 鄢東洋;鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)攪拌摩擦焊熱—力學(xué)過程的研究及模擬[D];清華大學(xué);2010年

4 周鵬展;高強(qiáng)鋁合金厚板攪拌摩擦焊研究[D];中南大學(xué);2006年

5 金玉花;高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊接頭組織及薄弱區(qū)研究[D];蘭州理工大學(xué);2012年

6 胡志力;2024鋁合金攪拌摩擦焊管材塑性變形行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王海艷;6061鋁合金攪拌摩擦焊接頭組織和性能研究[D];華南理工大學(xué);2010年

2 鄭小茂;7A04高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊工藝及接頭的組織與性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 張海軍;7N01鋁合金攪拌摩擦焊焊接工藝和接頭力學(xué)性能研究[D];西南交通大學(xué);2015年

4 王慶峰;6005A-T6鋁合金地鐵車體的攪拌摩擦焊[D];浙江工業(yè)大學(xué);2015年

5 徐海升;鋁/鋼異種金屬攪拌摩擦焊工藝及連接機(jī)制研究[D];南京航空航天大學(xué);2015年

6 肖長源;Al/Mg異種金屬攪拌摩擦焊金屬間化合物的形成機(jī)理研究[D];西南交通大學(xué);2016年

7 黃斌;基于靜軸肩攪拌摩擦焊的增材制造技術(shù)研究[D];南昌航空大學(xué);2016年

8 謝吉林;鋁/鎂異種金屬“攪拌摩擦焊—釬焊”復(fù)合焊接工藝研究[D];南昌航空大學(xué);2016年

9 張興民;6061-T6鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊工藝及數(shù)值模擬研究[D];山東大學(xué);2016年

10 馮冬冬;基于激光視覺的攪拌摩擦焊焊縫跟蹤系統(tǒng)研究[D];山東大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：1431271