基于分子動力學(xué)方法,從微觀角度揭示Cu/Al焊接點(diǎn)處的瞬時爆炸焊接過程,研究納米焊接件接頭處的力學(xué)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(qiáng)度為6.89 GPa,這一值大于宏觀實(shí)驗(yàn)結(jié)果,但所對應(yīng)的應(yīng)變率10.67%與實(shí)驗(yàn)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(yīng)力強(qiáng)化,使得拉伸應(yīng)力值大于兩種單晶;這一強(qiáng)化機(jī)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(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致;無序晶格區(qū)嚴(yán)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(dǎo)致切削加工硬化效應(yīng)。 

【文章來源】：航空材料學(xué)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(diǎn)微觀模型(a)爆炸焊接過程;(b)α點(diǎn)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(xué)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(kuò)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(xué)特性對冷卻穩(wěn)定后形成的連接件接頭，設(shè)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(dāng)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(fù)板的焊接性能良好;隨著拉伸的繼續(xù)進(jìn)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(yīng)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(yàn)機(jī)所做的拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)相一致，其結(jié)果表明隨著拉伸的進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度分別達(dá)到9．53GPa，8．4GPa后經(jīng)過短暫的強(qiáng)化階段快速下降進(jìn)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(dāng)拉伸應(yīng)變ε達(dá)到10．67%時，應(yīng)力值達(dá)到抗拉強(qiáng)度6．89GPa，小于單晶銅和鋁的抗拉強(qiáng)度，接著應(yīng)力值下降;但在短暫的下降后曲線又有所上升，這是因?yàn)樗苄宰冃坞A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(xué)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(kuò)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(xué)特性對冷卻穩(wěn)定后形成的連接件接頭，設(shè)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(dāng)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(fù)板的焊接性能良好;隨著拉伸的繼續(xù)進(jìn)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(yīng)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(yàn)機(jī)所做的拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)相一致，其結(jié)果表明隨著拉伸的進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度分別達(dá)到9．53GPa，8．4GPa后經(jīng)過短暫的強(qiáng)化階段快速下降進(jìn)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(dāng)拉伸應(yīng)變ε達(dá)到10．67%時，應(yīng)力值達(dá)到抗拉強(qiáng)度6．89GPa，小于單晶銅和鋁的抗拉強(qiáng)度，接著應(yīng)力值下降;但在短暫的下降后曲線又有所上升，這是因?yàn)樗苄宰冃坞A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(xiàn)】：
期刊論文
[1]銅/鋁復(fù)合材料的固-液復(fù)合法制備及其界面結(jié)合機(jī)理[J]. 張紅安,陳剛.  中國有色金屬學(xué)報. 2008(03)

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



本文編號：3289523