發(fā)布時間：2021-04-12 08:49

　　建立了FGH96/GH4169慣性摩擦焊接頭組織形成過程的有限元模型,分析了焊縫熱變形組織和飛邊的形成模式。結(jié)果表明,摩擦熱的作用使近摩擦面處母材形成塑性層,塑性層在軸向頂鍛力作用下發(fā)生塑性流動,形成拉長組織并在摩擦面高溫、高壓及高應(yīng)變速率作用下發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,拉長組織邊界消失,再結(jié)晶晶粒呈無序等軸狀。摩擦面金屬沿徑向流動,在邊緣處擠出,其摩擦面延伸側(cè)受拉應(yīng)力作用,最終形成卷曲飛邊并實現(xiàn)自清理作用。 

【文章來源】：焊接. 2017,(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

慣性摩擦焊的數(shù)值模型

相。采用MTIMODEL－300BX慣性摩擦焊機對兩種材料進行了慣性摩擦焊連接，焊接面為?60mm×40mm圓環(huán)。焊接工藝參數(shù)為轉(zhuǎn)動慣量為2493kg·cm2，飛輪轉(zhuǎn)數(shù)600～900r/min，頂鍛壓力12．4～17．9MPa。如圖1所示，研究飛邊的形成與材料塑性流動。焊后用CuCl2鹽酸酒精試劑腐蝕拋光后的試樣，在DSX500光學(xué)顯微鏡和Quanta250掃描電鏡下觀察慣性摩擦焊接頭的組織形貌，進行分析并建立物理模型。圖1慣性摩擦焊的數(shù)值模型應(yīng)用DEFOＲM軟件建立慣性摩擦焊的三維熱力耦合有限元模型。2試驗結(jié)果與討論2．1接頭熱變形組織圖2為FGH96/GH4169高溫合金慣性摩擦焊接頭組織�？梢园l(fā)現(xiàn)，接頭實現(xiàn)良好焊合，界面呈現(xiàn)鋸齒或波浪狀。慣性摩擦焊接過程中，對焊件相對高速旋轉(zhuǎn)摩擦，在摩擦面生成高溫，頂鍛過程產(chǎn)生高壓，摩擦面金屬發(fā)生劇烈的塑性變形，金屬間發(fā)生流動、犁割與擴散等現(xiàn)象。焊后接頭在沿垂直焊縫方向形成基本對稱分布的五個區(qū)域。接頭中心溫度高，壓力大，變形速率快，金屬發(fā)生充分動態(tài)再結(jié)晶，形成等軸細晶區(qū)(WZ)，等軸細晶區(qū)外側(cè)溫度和壓力有所降低，不足以使FGH96合金與GH4169合金發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，而使其在溫度壓力作用下形成拉長組織，可稱為熱機影響區(qū)(TMAZ)，熱機影響區(qū)外側(cè)為母材的初始組織(BM)。圖2接頭組織形貌在慣性摩擦焊過程中飛輪存儲大量轉(zhuǎn)動能量，摩擦?xí)r其機械運動轉(zhuǎn)化為焊接界面的分子熱運動，產(chǎn)生了大量的摩擦熱，高溫作用下近摩擦面的母材形成塑性軟化層。塑性軟化層在頂鍛軸向壓力和摩擦剪切壓力作用下發(fā)生塑性流動，其流動質(zhì)點的速度和方向隨焊接過程不斷發(fā)生變化，其流動形式屬于非穩(wěn)定流常特別是在摩擦面的邊緣位置，其徑向約束弱，流動金屬在該位置流出摩擦面，如圖3所示，箭頭方向為軟化層的流動方

2017年第10期且環(huán)形試件后續(xù)加工過程中，內(nèi)飛邊難以清除，常成為影響接頭性能的關(guān)鍵因素，因此研究其形成過程對焊接接頭有重要的影響。圖3接頭塑性軟化層的流動圖4飛邊組織形貌為研究慣性摩擦焊接頭飛邊形貌及摩擦面金屬流動，依據(jù)GH4169合金本構(gòu)方程建立有限元模型。本構(gòu)方程通過GLEEBLE模擬試驗建立如式(1):?ε=4．4×1016［sinh(0．0023σ)］5．1×exp－412217()ＲT(1)式中，?ε為應(yīng)變速率;σ為峰值應(yīng)力;Ｒ為熱力學(xué)常數(shù);T為變形溫度�？紤]到摩擦界面及其近域材料溫度變化與塑性流動較為劇烈，界面區(qū)域網(wǎng)格采用加密劃分。模擬中，采用自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)對發(fā)生畸變的單元進行網(wǎng)格重劃以保證計算精度。同時，由于圓環(huán)結(jié)構(gòu)具有對稱性，采用1/4模型進行計算以減小計算量。圖5為摩擦焊8．5s時刻的溫度分布等高線圖，可見溫度場基本以中心對稱，摩擦后在摩擦面處形成了一個高溫區(qū)，溫度梯度沿垂直摩擦面方向變化很快，在平行摩擦面方向形成不同軟化程度的塑性金屬層。此時摩擦產(chǎn)生的熱量與通過飛邊擴展及熱傳遞散失的熱量基本形成動態(tài)準平衡，界面溫度保持準穩(wěn)定，表面塑性金屬在頂鍛力作用下不斷擠出，同時新的塑性金屬層持續(xù)生成，厚度基本保持均勻化。圖6為摩擦焊接8．5s時刻的軸向應(yīng)力分布等高線圖，可見試件主要承受軸向壓應(yīng)力作用，但在摩擦面延伸部分壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。圖58．5s時刻溫度分布圖68．5s時刻軸向應(yīng)力分布摩擦焊過程中，摩擦面上溫度逐漸升高，界面金屬變形抗力減小，金屬的流動速度逐漸增大，摩擦面對稱于中心區(qū)域出現(xiàn)形成流動分界圓，分界圓內(nèi)側(cè)的金屬沿徑向向圓心流動，分界圓外側(cè)的金屬材料沿徑向背離圓心流動，如圖7所示。在頂鍛壓力的作用下，在拘束較弱的表面邊緣位置，

【參考文獻】：
期刊論文
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