本文關(guān)鍵詞：顆粒增強鋁基復(fù)合材料攪拌摩擦焊工藝及焊縫金屬遷移行為研究

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【摘要】：目前,金屬基復(fù)合材料在焊接時存在很多問題,如氣孔敏感性、第二相粒子偏析以及粒子與金屬界面反應(yīng)生成脆性相等,這些都影響了焊接質(zhì)量。本文選用混合鹽法制備的TiB2/A356顆粒增強復(fù)合材料為試驗材料,對其進行攪拌摩擦焊接,研究了攪拌摩擦焊工藝參數(shù)和攪拌頭軸肩形式對焊縫成形、微觀組織和力學(xué)性能的影響。同時還對焊縫金屬的遷移行為進行分析,通過標(biāo)識嵌入試驗和數(shù)值模擬來深入了解焊縫金屬的流動機理。對顆粒增強鋁基復(fù)合材料進行攪拌摩擦焊時發(fā)現(xiàn),增大攪拌頭轉(zhuǎn)速或降低焊接速度可以獲得表面成形良好的焊接接頭,凹面軸肩焊縫成形質(zhì)量高于平面軸肩。焊接試驗后,對接頭微觀組織和力學(xué)性能進行分析測試,焊縫組織得到細化,TiB2和Al-Si共晶均勻地分布在焊核區(qū),接頭力學(xué)性能(拉伸強度和顯微硬度)與焊接工藝參數(shù)存在一定的關(guān)系,提高轉(zhuǎn)速或降低焊速都會使得接頭的力學(xué)性能提高。塑性金屬在焊縫厚度方向的遷移分為三個區(qū)域,軸肩下壓區(qū)中塑性金屬主要在水平方向上做圓周運動,紊流區(qū)中有來自多個方向流動的金屬,焊核區(qū)中塑性金屬在螺紋的作用下做螺旋運動,顯現(xiàn)出洋蔥環(huán)結(jié)構(gòu)。焊接工藝參數(shù)對焊縫金屬遷移行為有影響,提高轉(zhuǎn)速,軸肩下壓區(qū)作用范圍增大;焊速增大,焊核區(qū)面積減小。同時發(fā)現(xiàn),軸肩形式不同主要對軸肩下壓區(qū)中金屬流動產(chǎn)生影響。在焊縫水平面上,前進側(cè)塑性金屬部分向前流動,部分滯留在后方;后退側(cè)塑性金屬只向后方流動,同時,隨著與焊件上表面距離增加,這種流動逐漸減弱。建立了三維流場模型,將模擬結(jié)果與嵌入試驗結(jié)果進行對比,兩者可以較好地吻合。焊縫上、中和下部的溫度逐漸降低,材料流動的速度也減小,流動趨于平緩;前進側(cè)材料流動的速度梯度大于后退側(cè),說明前進側(cè)材料流動較劇烈。建立沿焊縫縱向有螺紋的攪拌頭二維模型,模擬出螺紋周圍材料流動情況,并能夠與匙孔處材料流動較好地吻合。有限元模擬對攪拌摩擦焊縫成形和焊接質(zhì)量評估具有一定的理論和實際指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：顆粒增強鋁基復(fù)合材料 攪拌摩擦焊 焊縫性能 塑性遷移 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG453.9
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 鋁基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 顆粒增強復(fù)合材料的制備工藝11-12
• 1.2.2 TiB_2顆粒增強鋁基復(fù)合材料12-15
• 1.3 顆粒增強鋁基復(fù)合材料的焊接15-18
• 1.3.1 顆粒增強鋁基復(fù)合材料焊接現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 鋁基復(fù)合材料FSW接頭組織及性能16-17
• 1.3.3 鋁基復(fù)合材料FSW接頭力學(xué)性能17-18
• 1.4 攪拌摩擦焊縫流場可視化研究18-20
• 1.4.1 標(biāo)識材料示蹤法18-19
• 1.4.2 異種材料金相組織顯示法19-20
• 1.4.3 彩泥模擬法20
• 1.5 攪拌摩擦焊流場數(shù)值模擬研究20-21
• 1.6 研究內(nèi)容與目的21-23
• 第2章 試驗材料和方法23-31
• 2.1 試驗材料23-24
• 2.2 試驗設(shè)備24-25
• 2.2.1 攪拌摩擦焊接設(shè)備24
• 2.2.2 攪拌頭24-25
• 2.3 試驗過程25-31
• 2.3.1 攪拌摩擦焊接試驗25-27
• 2.3.2 接頭組織分析試驗27-28
• 2.3.3 力學(xué)性能試驗28-29
• 2.3.4 攪拌摩擦焊縫流場可視化試驗29-31
• 第3章 工藝參數(shù)及攪拌頭軸肩對焊縫組織與性能的影響31-50
• 3.1 工藝參數(shù)及軸肩形式對焊縫成形的影響31-33
• 3.1.1 焊接工藝參數(shù)對焊縫表面成形的影響31-33
• 3.1.2 軸肩形式對焊縫表面成形的影響33
• 3.2 TiB_2/A356鋁基復(fù)合材料FSW接頭的宏觀組織33-34
• 3.3 TiB_2/A356鋁基復(fù)合材料FSW接頭的微觀組織34-38
• 3.4 攪拌摩擦焊對增強相顆粒分布的影響38-39
• 3.5 工藝參數(shù)及軸肩形式對接頭顯微硬度的影響39-45
• 3.5.1 接頭顯微硬度的各層異性40-41
• 3.5.2 不同工藝參數(shù)下的接頭顯微硬度41-44
• 3.5.3 不同軸肩形式下的接頭顯微硬度44-45
• 3.6 工藝參數(shù)及軸肩形式對接頭拉伸性能的影響45-48
• 3.6.1 不同工藝參數(shù)下的拉伸性能45-46
• 3.6.2 不同軸肩形式下的拉伸性能46-47
• 3.6.3 FSW接頭拉伸斷口分析47-48
• 3.7 本章小結(jié)48-50
• 第4章 工藝參數(shù)和軸肩形式對焊縫金屬遷移行為的影響50-62
• 4.1 焊縫橫截面上的塑性金屬流動50-52
• 4.2 工藝參數(shù)對塑性金屬流動的影響52-55
• 4.2.1 焊接速度對金屬流動的影響52-54
• 4.2.2 旋轉(zhuǎn)速度對金屬流動的影響54-55
• 4.3 攪拌頭軸肩形式對金屬流動的影響55-59
• 4.3.1 軸肩形式對焊縫橫截面上金屬流動的影響55-57
• 4.3.2 軸肩形式對焊縫水平面上金屬流動的影響57-59
• 4.4 增強顆粒對金屬流動的影響59-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第5章 焊縫塑性金屬流動數(shù)值模擬62-77
• 5.1 CFD軟件FLUENT簡介62-63
• 5.2 數(shù)學(xué)模型的建立63-65
• 5.2.1 主控方程63-64
• 5.2.2 材料屬性64-65
• 5.3 鋁基復(fù)合材料FSW有限體積模型建立65-68
• 5.3.1 實體模型的建立65
• 5.3.2 網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置65-67
• 5.3.3 材料屬性的確定67
• 5.3.4 計算模型的選取67-68
• 5.4 模擬結(jié)果與討論68-75
• 5.4.1 水平面塑性金屬遷移行為分析68-73
• 5.4.2 縱截面塑性金屬遷移行為分析73-75
• 5.5 本章小結(jié)75-77
• 結(jié)論77-79
• 參考文獻79-82
• 致謝82

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 ;Diffusion welding of SiCp/2014Al composites using Ni as interlayer[J];Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition);2006年03期

2 金朝陽,顧曉波,鄒家生,韓逸生,趙其章,陳錚;鋁基復(fù)合材料連接研究進展[J];華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報;2000年05期

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本文編號：600109