攪拌摩擦焊接技術(shù)作為運(yùn)用日益廣泛的固相連接方式,攪拌頭材料制約其在高熔點(diǎn)材料焊接領(lǐng)域的商業(yè)化和工程化發(fā)展。鎢錸合金是目前公認(rèn)具有良好耐磨性的攪拌頭材料,但是錸元素高昂的價(jià)格成為了制約鎢錸合金不能規(guī)�；褂玫闹饕蛩�。本文采用第一性原理方法,從原子結(jié)構(gòu)角度出發(fā),設(shè)計(jì)廉價(jià)且高強(qiáng)韌性的鎢基攪拌頭材料,并通過粉末冶金方式制備相應(yīng)的鎢基材料。第一性原理計(jì)算結(jié)果表明鎢錸合金具有良好強(qiáng)韌性的原因是錸的加入減弱了鎢的共價(jià)性,提高了鎢基體的塑韌性,同時(shí)錸的加入改變了鎢基體的電子云圖。此外,錸也能提高鎢晶界的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)而增大了鎢的強(qiáng)韌性。然而通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)從摻雜元素制備合金的角度并不能找到替代錸的廉價(jià)元素,于是本文從TiC及ZrC基金屬陶瓷具有優(yōu)異的強(qiáng)韌性和耐磨性的角度出發(fā),運(yùn)用Material Studio軟件中的Castep模塊從電子結(jié)構(gòu)角度研究了金屬陶瓷內(nèi)部界面特性,探索TiC/W、ZrC/W作為攪拌頭材料的可行性,為制備相應(yīng)的材料提供指導(dǎo)作用。計(jì)算結(jié)果表明TiC、ZrC在費(fèi)米能級(jí)處的態(tài)密度不等于零,說明了兩者具有金屬性。通過計(jì)算表面構(gòu)型層間距和表面能隨層厚變化可以看出,TiC、ZrC及W的表面構(gòu)型達(dá)... 

【文章來源】：西南交通大學(xué)四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

自持式攪拌頭的三維圖

度和板厚相等和施加下壓量的原因?qū)⒃斐裳a(bǔ)焊時(shí)焊縫背部焊穿�？缮炜s式的攪拌針可通過調(diào)節(jié)攪拌針的伸出長(zhǎng)度不僅降低補(bǔ)焊時(shí)背部焊穿的可能性，同時(shí)也增加了攪拌摩擦焊接不同厚度結(jié)構(gòu)件的能力，如圖1-3是可伸縮式攪拌針的結(jié)構(gòu)圖。圖1-3 可伸縮式攪拌針的結(jié)構(gòu)圖[19]除此之外，還有各種攪拌針的設(shè)計(jì)，例如三溝槽攪拌針的發(fā)明不僅僅減少了攪拌針的體積也能促進(jìn)熱塑性金屬材料的流動(dòng)，同時(shí)也可以破碎被焊接材料表面的氧化層，如圖1-4所示為三溝槽攪拌針。攪拌針底部像樹枝一樣叉開的形狀能夠很好地改善攪拌針的動(dòng)靜態(tài)體積比即增大了攪拌針本身的體積與攪拌針旋轉(zhuǎn)時(shí)所掃過的動(dòng)態(tài)體積之間的差距，這將優(yōu)化熱塑性材料的移動(dòng)路徑進(jìn)而改善焊縫成型和焊縫質(zhì)量。圖1-4 三溝槽攪拌針示意圖[20]非對(duì)稱形攪拌針具有和圖1-4中的三溝槽攪拌針同樣的效果，唯一的不同在于非對(duì)稱形攪拌針和攪拌摩擦焊機(jī)的主軸不在一個(gè)軸線上，設(shè)有約2.5°的角度來改善攪拌針的動(dòng)靜態(tài)體積比和被焊材料的塑化范圍。同樣能增大熱塑性材料攪拌量的還有凸輪形狀的攪拌針，這種攪拌針由于凸面和熱塑性材料之間的滑動(dòng)，使攪拌頭在行進(jìn)過程中可以減少前進(jìn)的阻力，尤其是螺紋的存在可以得到更加優(yōu)質(zhì)的焊縫。然而攪拌摩擦焊接一般針對(duì)平板和可旋轉(zhuǎn)的柱體焊接

還有各種攪拌針的設(shè)計(jì)，例如三溝槽攪拌針的發(fā)明不僅僅減少了攪拌針的體積也能促進(jìn)熱塑性金屬材料的流動(dòng)，同時(shí)也可以破碎被焊接材料表面的氧化層，如圖1-4所示為三溝槽攪拌針。攪拌針底部像樹枝一樣叉開的形狀能夠很好地改善攪拌針的動(dòng)靜態(tài)體積比即增大了攪拌針本身的體積與攪拌針旋轉(zhuǎn)時(shí)所掃過的動(dòng)態(tài)體積之間的差距，這將優(yōu)化熱塑性材料的移動(dòng)路徑進(jìn)而改善焊縫成型和焊縫質(zhì)量。圖1-4 三溝槽攪拌針示意圖[20]非對(duì)稱形攪拌針具有和圖1-4中的三溝槽攪拌針同樣的效果，唯一的不同在于非對(duì)稱形攪拌針和攪拌摩擦焊機(jī)的主軸不在一個(gè)軸線上，設(shè)有約2.5°的角度來改善攪拌針的動(dòng)靜態(tài)體積比和被焊材料的塑化范圍。同樣能增大熱塑性材料攪拌量的還有凸輪形狀的攪拌針，這種攪拌針由于凸面和熱塑性材料之間的滑動(dòng)，使攪拌頭在行進(jìn)過程中可以減少前進(jìn)的阻力，尤其是螺紋的存在可以得到更加優(yōu)質(zhì)的焊縫。然而攪拌摩擦焊接一般針對(duì)平板和可旋轉(zhuǎn)的柱體焊接，為了擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，研究者們發(fā)明了靜止軸肩攪拌摩擦焊接(SSFSW)這一可以焊接各個(gè)角度的新穎技術(shù)，如圖

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3331004