【摘要】：汽車行業(yè)中采用輕質(zhì)材料如高強(qiáng)鋼板、鋁合金是實現(xiàn)輕量化的有效途徑,輪輞,作為汽車的重要組成部件,考慮到其承載能力和安全性能,低合金高強(qiáng)鋼依舊是輪輞生產(chǎn)使用最多的材料。閃光對焊,是一種典型的電阻焊接方法,由于具有高效率、高速率以及高強(qiáng)度接頭等優(yōu)點一直是輪輞焊接的主流方法。隨著高強(qiáng)鋼板強(qiáng)度的逐漸提高,輪輞閃光對焊接頭的斷裂頻率也相應(yīng)增加。因此本文選取590CL輪輞高強(qiáng)鋼板作為母材,首先研究高強(qiáng)鋼輪輞的閃光對焊接頭組織性能特點;其次在單因素變化下探討閃光對焊參數(shù)對接頭組織性能的影響規(guī)律;然后對輪輞在擴(kuò)口與擴(kuò)張工序中接頭的斷裂機(jī)制進(jìn)行分析;最后采用焊后空冷而非水冷的方式研究接頭組織性能,并利用ARGUS應(yīng)變測量系統(tǒng)對輪輞擴(kuò)口成形的應(yīng)變進(jìn)行實測。研究結(jié)果表明590CL高強(qiáng)鋼板成分符合輪輞用鋼標(biāo)準(zhǔn),閃光對焊接頭焊縫由魏氏鐵素體和少量的貝氏體構(gòu)成,母材主要由珠光體、鐵素體及輕微帶狀分布組織組成。對焊接頭的抗拉強(qiáng)度值為642MPa,沖擊吸收功為96.5J,焊縫處的顯微硬度值最大,這與焊縫中的針狀鐵素體和貝氏體有關(guān)。閃光對焊工藝參數(shù)中的閃光留量、頂鍛留量、頂鍛壓力對閃光對焊接頭組織性能影響顯著。當(dāng)閃光留量由4mm增加至8mm時,焊縫中的魏氏組織嚴(yán)重化,且焊縫夾雜物數(shù)量增加,對焊接頭力學(xué)性能下降,這與閃光對焊中的熱輸入有關(guān)。當(dāng)頂鍛留量由2.5mm增加至5.5mm時,焊縫處夾雜物數(shù)量減少。當(dāng)頂鍛壓力由6MPa增加至9MPa時,接頭焊縫中魏氏鐵素體增加,貝氏體細(xì)化,夾雜物數(shù)量減少。結(jié)合實際輪輞生產(chǎn)斷裂數(shù)據(jù),單因素變化時,閃光留量為4mm、頂鍛留量為3.5mm、頂鍛壓力為8MPa時,接頭力學(xué)性能達(dá)到最優(yōu),實際輪輞接頭斷裂頻率最低約為2%。從宏微觀的角度對高強(qiáng)鋼輪輞擴(kuò)口與擴(kuò)張工序的接頭斷裂機(jī)制進(jìn)行分析,輪輞接頭斷裂的方式主要表現(xiàn)為脆性斷裂和韌性斷裂。焊縫中粗大片狀的魏氏鐵素體組織是造成輪輞擴(kuò)口接頭斷裂的主要原因,裂紋擴(kuò)展到輪輞中部由于粗大的晶粒造成脆-韌轉(zhuǎn)變,造成裂紋由焊縫向HAZ偏轉(zhuǎn);HAZ拉薄現(xiàn)象、焊縫處夾雜物、微裂紋數(shù)量以及焊后的殘余應(yīng)力集中等綜合因素是造成輪輞擴(kuò)張接頭斷裂的原因,裂紋沿著整個輪輞閃光對焊接頭發(fā)生全部開裂。閃光對焊后采用空冷而非水冷的方式有利于提高接頭性能。采用空冷的對焊接頭焊縫由粒狀貝氏體組成,夾雜物數(shù)量減少且未出現(xiàn)魏氏鐵素體。閃光對焊接頭抗拉強(qiáng)度為652.7MPa,沖擊吸收功為101.1J,彎曲試樣中未出現(xiàn)彎曲裂紋,整體力學(xué)性能要優(yōu)于經(jīng)水冷的閃光對焊接頭。采用ARGUS應(yīng)變測量系統(tǒng)對輪輞擴(kuò)口工序時的主應(yīng)變、次應(yīng)變以及厚度減薄率進(jìn)行測量。輪輞擴(kuò)口變形整體不大,主要集中在輪輞邊緣部位,閃光對焊接頭區(qū)域的輪輞邊緣處的應(yīng)變要小于其他區(qū)域,在擴(kuò)口作用力下易造成輪輞接頭邊緣處斷裂。
[Abstract]:Lightweight materials such as high-strength steel plate and aluminum alloy are used in automobile industry. Rim, as an important component of automobile, is an effective way to achieve lightweight. Considering its bearing capacity and safety performance, Low-alloy high-strength steel is still the most used material for rim production. Flash butt welding is a typical resistance welding method. Because of its high efficiency, high speed and high strength joint, it has been the mainstream method of rim welding. As the strength of high strength steel plate increases gradually, the fracture frequency of rim flash butt welding joint increases accordingly. In this paper, the high-strength steel plate of 590CL rim is selected as the base material. Firstly, the characteristics of microstructure and properties of high-strength steel rim flash butt welding joint are studied; secondly, the influence of flash butt welding parameters on the microstructure and properties of the joint is discussed under the change of single factor. The fracture mechanism of the joints in the process of flaring and expanding was analyzed, and the microstructure and properties of the joints were studied by air cooling instead of water cooling after welding, and the strain of the flares was measured by ARGUS strain measurement system. The results show that the composition of 590CL high strength steel sheet conforms to the standard of rim steel. The weld of flash butt welding joint is composed of ferrite and a little bainite, and the base metal is mainly composed of pearlite, ferrite and slightly banded microstructure. The tensile strength of the butt welded joint is 642 MPA, the impact absorption energy is 96.5J, and the microhardness of the weld is the largest, which is related to the acicular ferrite and bainite in the weld. The effect of flash retention and top forging force on the microstructure and properties of flash butt welding joint is significant. When the flash retention is increased from 4mm to 8mm, the microstructure of the weld is serious, the amount of inclusions in the weld increases and the mechanical properties of the butt joint decrease, which is related to the heat input in the flash butt welding. The amount of inclusions in weld decreases with the increase of top forging retention from 2.5mm to 5.5mm. When the top forging force is increased from 6MPa to 9MPa, the ferrite in the weld increases, the bainite is refined and the number of inclusions decreases. Combined with the fracture data of actual rim production, when the single factor changes, the flash retention is 4mm, the forging retention is 3.5mm, and the forging pressure is 8MPa, the mechanical properties of the joint reach the optimum, and the lowest fracture frequency of the actual rim joint is about 2. The fracture mechanism of high strength steel rims during the expansion process was analyzed from macro and micro angle. The fracture modes of rim joints were mainly brittle fracture and ductile fracture. The coarse ferrite structure in the weld is the main reason for the fracture of the expanding joint of the rim. The crack spread to the middle of the rim resulting in brittleness and ductile transition, which results in the crack deflecting from weld to HAZ. The inclusions in the weld, the number of microcracks and the residual stress concentration after welding are the reasons for the fracture of the expanded joints of the rims, and all cracks occur along the whole rim of the flash butt welded joints. Air cooling instead of water cooling after flash butt welding is helpful to improve joint performance. The welds of air-cooled butt welded joints are composed of granular bainite, the amount of inclusions is reduced and no ferrite is found. The tensile strength of flash butt welding joint is 652.7MPa, and the impact absorption energy is 101.1J. there is no bending crack in the bending specimen, and the overall mechanical property is better than that of water-cooled flash butt welding joint. ARGUS strain measurement system was used to measure the main strain, secondary strain and thickness thinning rate. The strain at the rim edge of the flash butt welding joint is smaller than that of the other regions, and the edge fracture of the rim joint is easy to be caused by the flaring force.
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG407

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本文編號：2216975