本文選題：AZ31鎂合金 + 活性鎢極氬弧焊�。� 參考：《重慶大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：鎂合金由于其優(yōu)異性能(密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、減震性好、電磁屏蔽性能優(yōu)良、切削加工性好等),在交通運(yùn)輸、消費(fèi)電子、航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域都具有廣闊應(yīng)用前景。然而由于滑移系{0001}1120、孿生系{1012}1011和密排六方結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鎂合金在室溫下成型能力有限。因此,對(duì)于利用鑄造和鍛壓工藝難以制備的鎂合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件,以及實(shí)現(xiàn)鎂合金材料之間的連接,焊接是重要的技術(shù)手段,對(duì)其進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和科學(xué)機(jī)理研究十分重要。鎢極氬弧焊(Tungsten Inert Gas Arc Welding,TIG)由于其經(jīng)濟(jì)性和適用性被主要應(yīng)用于鎂合金的焊接技術(shù)中。本文通過(guò)數(shù)值模擬、宏觀形貌觀察、顯微組織分析和力學(xué)性能測(cè)試,系統(tǒng)研究了納米SiC顆粒進(jìn)入AZ31鎂合金納米增強(qiáng)活性鎢極氬弧焊接(Nano-particles Strengthening Activing Flux TIG Welding,NSA-TIG)接頭后的運(yùn)動(dòng)演變規(guī)律及其對(duì)接頭宏觀形貌、微觀組織和力學(xué)性能的影響。通過(guò)模擬仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,揭示了納米顆粒在熔池中的分布規(guī)律及其主要影響因素。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究分析了納米SiC顆粒溶入焊接接頭后與基體發(fā)生的化學(xué)變化和產(chǎn)物,以及這些產(chǎn)物對(duì)AZ31鎂合金NSA-TIG焊接接頭微觀組織和力學(xué)性能的影響。在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上,結(jié)合模擬和理論分析,得出以下主要結(jié)論:利用Fluent軟件,建立三維瞬態(tài)移動(dòng)熱源作用下NSA-TIG焊焊接熔池的數(shù)學(xué)模型。從模擬結(jié)果可知:溶池內(nèi)Marangoni對(duì)流主要受到表面張力的影響,其次是電磁力的作用,浮力的影響最弱。Marangoni對(duì)流的方向可以通過(guò)活性劑的成分來(lái)控制,在僅用納米SiC顆粒做活性劑的溶池中,由于Marangoni對(duì)流從溶池中央向邊緣運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)了納米SiC顆粒,使其難以融入溶池中,故而納米SiC顆粒主要分布于溶池表面。而在TiO2和SiC復(fù)合活性劑的焊接接頭中,Marangoni對(duì)流帶動(dòng)納米SiC顆粒向溶池中央和底部運(yùn)動(dòng),但由于納米SiC顆粒還受到電磁力的攪拌作用,雖然納米SiC有一定的分布于溶池中央和底部的趨勢(shì)。但其最終會(huì)均勻分布于溶池中。SiC顆粒溶入熔池后,大部分與基體中的Al反應(yīng),生成了Al4C3和單質(zhì)Si,而單質(zhì)Si進(jìn)一步與Mg反應(yīng)生成了Mg2Si相,其中Al4C3相是基體相α-Mg的形核劑,而Mg2Si顆粒則作為彌散相起到了增強(qiáng)NSA-TIG焊接接頭的力學(xué)性能的作用。此外隨著納米增強(qiáng)活性劑表面涂覆密度的增加,接頭的宏觀形貌逐漸變差,熔池逐漸加深,焊縫加寬;焊縫中SiC數(shù)量增加,焊縫中α-Mg晶粒尺寸減小,第二相的β-Mg17Al12的體積分?jǐn)?shù)減少;焊接接頭的微觀硬度逐漸增加,極限抗拉強(qiáng)度增加。當(dāng)表面涂覆密度為20mg/cm2時(shí),焊縫中α-Mg晶粒尺寸最小,第二相的β-Mg17Al12的體積分?jǐn)?shù)最小,NSA-TIG焊接接頭的力學(xué)性能達(dá)到最大。此后,隨著表面涂覆密度的繼續(xù)增加,焊縫中的SiC開始團(tuán)聚,熔池中的α-Mg晶粒尺寸增大,第二相的β-Mg17Al12的體積分?jǐn)?shù)增多,焊接接頭的極限抗拉強(qiáng)度急劇降低,顯微硬度繼續(xù)變大。
[Abstract]:Magnesium alloys, due to their excellent properties (low density, high specific strength and stiffness, good shock absorption, excellent electromagnetic shielding performance, good machinability, etc.), are used in transportation, consumer electronics, aerospace, etc. National defense military industry and other fields have broad application prospects. However, due to the slip system {0001} 1120, the twin line {1012} 1011 and the dense hexagonal structure, the forming ability of magnesium alloys at room temperature is limited. Therefore, welding is an important technical means for the complex structure of magnesium alloy which is difficult to be prepared by casting and forging process, as well as to realize the connection between magnesium alloy materials. It is very important to study its technological innovation and scientific mechanism. Tungsten Inert Gas Arc WeldingTIG (Tungsten Inert Gas Arc Welding TIG) is mainly used in magnesium alloy welding technology because of its economy and applicability. In this paper, numerical simulation, macroscopic morphology observation, microstructure analysis and mechanical properties test are carried out. The motion evolution of nano-sic particles in nano-reinforced Activing flux TIG welding (NSA-TIG) joints of AZ31 magnesium alloy and its effects on the macroscopic morphology, microstructure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy joints were systematically studied. Through the combination of simulation and experiment, the distribution of nanoparticles in the molten pool and its main influencing factors were revealed. The chemical changes and products of nano-SiC particles dissolved in the welded joints and the effects of these products on the microstructure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy NSA-TIG welded joints were investigated by experiments. On the basis of experimental facts, combined with simulation and theoretical analysis, the main conclusions are as follows: using fluent software, the mathematical model of weld pool of NSA-TIG welding under the action of 3D transient moving heat source is established. The results show that the Marangoni convection is mainly affected by surface tension, followed by electromagnetic force, and the direction of buoyancy can be controlled by the composition of active agent. Because the Marangoni convection moves from the center to the edge of the solution pool, it is difficult to integrate the nano-SiC particles into the solution pool, so the nano-sic particles are mainly distributed on the surface of the solution pool. In the welded joints of TiO2 and sic composite active agents, Marangoni convection drives the nano-sic particles to the center and bottom of the solution pool, but the nano-SiC particles are stirred by electromagnetic force. Although nano-sic has a tendency to distribute in the center and bottom of the solution pool. However, after dissolved in the molten pool, most of the sic particles will react with Al in the matrix to form Al _ 4C _ 3 and Si, while the simple Si reacts with mg to form mg _ 2Si phase, in which Al _ 4C _ 3 phase is the nucleating agent of the matrix phase 偽 -Mg, and the Al _ 4C _ 3 phase is the nucleating agent of the matrix phase 偽 -Mg, and the Al _ 4C _ 3 phase is the nucleating agent of 偽 -Mg. The mg _ 2Si particles act as dispersion phase to enhance the mechanical properties of NSA-TIG welded joints. In addition, with the increase of the surface coating density of nano-reinforced active agent, the macroscopic morphology of the joint becomes worse, the weld pool is gradually deepened, the weld is widened, and the number of sic in the weld increases, and the grain size of 偽 -Mg in the weld decreases. The volume fraction of 尾 -Mg17Al12 in the second phase decreases, the microhardness of welded joints increases gradually and the ultimate tensile strength increases. When the surface coating density is 20mg/cm2, the grain size of 偽 -Mg is the smallest and the volume fraction of 尾 -Mg17Al12 in the second phase is the smallest. The mechanical properties of NSA-TIG welded joints can reach the maximum. After that, with the increase of the surface coating density, the sic in the weld began to agglomerate, the grain size of 偽 -Mg in the weld pool increased, the volume fraction of 尾 -Mg17Al12 in the second phase increased, the ultimate tensile strength of the welded joint decreased sharply, and the microhardness continued to increase.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG444.74

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7 明s，

本文編號(hào)：2109878