基于分子動力學方法,從微觀角度揭示Cu/Al焊接點處的瞬時爆炸焊接過程,研究納米焊接件接頭處的力學特性及切削加工性能。結(jié)果表明:鋁、銅板互相碰撞后動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,異種原子間互相熔合滲透形成接頭;焊接件拉伸時彈性模量介于單晶鋁和單晶銅之間,抗拉強度為6.89 GPa,這一值大于宏觀實驗結(jié)果,但所對應的應變率10.67%與實驗中的11%接近;在接頭區(qū)域附近,位錯與無序晶格的相互作用造成了塑性變形階段的應力強化,使得拉伸應力值大于兩種單晶;這一強化機制也體現(xiàn)在刀具切削接頭區(qū)域時的平均切削力大于單晶銅、鋁的平均值,與實驗結(jié)果相一致;無序晶格區(qū)嚴重的位錯形核有利于位錯產(chǎn)生且沿與切削方向呈45°傳播,傳播時的塞積導致切削加工硬化效應。 

【文章來源】：航空材料學報. 2017,37(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

爆炸焊接過程及其接觸點微觀模型(a)爆炸焊接過程;(b)α點處納米微觀模型

第5期Cu/Al爆炸沖擊界面連接及拉伸與切削性能的分子動力學模擬同作用而形成。圖2爆炸焊接后Cu/Al界面區(qū)域原子擴散示意圖Fig．2DiagramofatomicdiffusionattheCu/Alinterfaceareaaftercollisionwelding(a)372℃，3×103fs;(b)589℃，20×103fs圖3掃描電鏡下Cu/Al界面區(qū)域微觀組織Fig．3MicrostructureofCu/AlinterfaceregionunderSEM2．2連接件的拉伸力學特性對冷卻穩(wěn)定后形成的連接件接頭，設置系統(tǒng)初始溫度20℃，對銅板加載層施加沿z向速率為0．015nm/ps的拉伸載荷，約束鋁板固定層位移。當拉伸開始后，鋁板靠近界面的部分最先出現(xiàn)頸縮，而Cu/Al連接處并沒有發(fā)生分離，基板和復板的焊接性能良好;隨著拉伸的繼續(xù)進行，最先出現(xiàn)頸縮的部分被拉斷，界面的連接處并沒有被撕裂。圖4(a)，(b)分別顯示了拉伸應變率為12．47%和38．54%時界面附近區(qū)域的變形情況，這一斷裂情況與倪梁圖4Cu/Al焊接件拉伸過程仿真Fig．4TensilesimulationtestsofCu/Alweldment(a)ε=12．47%;(b)ε=38．54%華使用萬能試驗機所做的拉伸斷裂實驗相一致，其結(jié)果表明隨著拉伸的進行鋁基體最先被撕裂，而界面處保持完整［18］。輸出連接件接頭的拉伸曲線，同時與相同尺寸的單晶銅、鋁件進行拉伸仿真對照，如圖5所示。單晶銅、鋁的拉伸曲線在開始彈性變形階段近似直線上升，抗拉強度分別達到9．53GPa，8．4GPa后經(jīng)過短暫的強化階段快速下降進入塑性變形階段。對于Cu/Al焊接頭，彈性變形階段的曲線斜率介于兩種單晶之間，彈性模量為64．56GPa;當拉伸應變ε達到10．67%時，應力值達到抗拉強度6．89GPa，小于單晶銅和鋁的抗拉強度，接著應力值下降;但在短暫的下降后曲線又有所上升，這是因為塑性變形階段產(chǎn)生的位錯在傳播過程中遇到無序晶格出現(xiàn)

第5期Cu/Al爆炸沖擊界面連接及拉伸與切削性能的分子動力學模擬同作用而形成。圖2爆炸焊接后Cu/Al界面區(qū)域原子擴散示意圖Fig．2DiagramofatomicdiffusionattheCu/Alinterfaceareaaftercollisionwelding(a)372℃，3×103fs;(b)589℃，20×103fs圖3掃描電鏡下Cu/Al界面區(qū)域微觀組織Fig．3MicrostructureofCu/AlinterfaceregionunderSEM2．2連接件的拉伸力學特性對冷卻穩(wěn)定后形成的連接件接頭，設置系統(tǒng)初始溫度20℃，對銅板加載層施加沿z向速率為0．015nm/ps的拉伸載荷，約束鋁板固定層位移。當拉伸開始后，鋁板靠近界面的部分最先出現(xiàn)頸縮，而Cu/Al連接處并沒有發(fā)生分離，基板和復板的焊接性能良好;隨著拉伸的繼續(xù)進行，最先出現(xiàn)頸縮的部分被拉斷，界面的連接處并沒有被撕裂。圖4(a)，(b)分別顯示了拉伸應變率為12．47%和38．54%時界面附近區(qū)域的變形情況，這一斷裂情況與倪梁圖4Cu/Al焊接件拉伸過程仿真Fig．4TensilesimulationtestsofCu/Alweldment(a)ε=12．47%;(b)ε=38．54%華使用萬能試驗機所做的拉伸斷裂實驗相一致，其結(jié)果表明隨著拉伸的進行鋁基體最先被撕裂，而界面處保持完整［18］。輸出連接件接頭的拉伸曲線，同時與相同尺寸的單晶銅、鋁件進行拉伸仿真對照，如圖5所示。單晶銅、鋁的拉伸曲線在開始彈性變形階段近似直線上升，抗拉強度分別達到9．53GPa，8．4GPa后經(jīng)過短暫的強化階段快速下降進入塑性變形階段。對于Cu/Al焊接頭，彈性變形階段的曲線斜率介于兩種單晶之間，彈性模量為64．56GPa;當拉伸應變ε達到10．67%時，應力值達到抗拉強度6．89GPa，小于單晶銅和鋁的抗拉強度，接著應力值下降;但在短暫的下降后曲線又有所上升，這是因為塑性變形階段產(chǎn)生的位錯在傳播過程中遇到無序晶格出現(xiàn)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]銅/鋁復合材料的固-液復合法制備及其界面結(jié)合機理[J]. 張紅安,陳剛.  中國有色金屬學報. 2008(03)

碩士論文
[1]銅鋁爆炸復合材料界面及性能分析[D]. 倪梁華.江蘇科技大學 2015
[2]線性摩擦焊過程中的原子擴散及缺陷演化動力學模擬[D]. 矯震.哈爾濱工業(yè)大學 2011



本文編號：3289523