本文關鍵詞：鋁—鋼異種金屬攪拌摩擦焊工藝及性能研究　出處：《沈陽理工大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 鋁合金 雙相鋼 金屬間化合物 力學性能 攪拌摩擦焊

【摘要】：鋁-鋼異種金屬的連接在造船、航空、汽車制造等領域具有重要應用,然而由于鋁與鋼之間物理、化學、力學等性能差異巨大,很難用傳統(tǒng)的熔化焊連接。作為一種新型的固相連接技術,攪拌摩擦焊(FSW)在鋁-鋼異種金屬連接中越來越得到廣泛關注。本文以汽車制造中常用的5182鋁合金與DP1180雙相鋼薄板(1.2mm厚)為研究對象,系統(tǒng)地研究了鋁-鋼異種金屬FSW對接及搭接工藝,并對接頭的微觀組織及力學性能做了深入、細致的探討。主要研究目標為:通過對鋁-鋼異種金屬FSW工藝優(yōu)化分析,闡明影響接頭質量的關鍵因素,得到與無缺陷、高質量接頭;揭示界面金屬間化合物(IMC)微觀組織特點,闡明界面成形機理,揭示界面微觀組織與力學性能之間的關系。主要進行了以下研究工作:選取1.2 mm厚鋁-鋼薄板進行FSW對接研究,當鋼板位于前進側、鋁板位于后退側時可獲得無缺陷的接頭,采用攪拌工具偏置,向鋼側偏置1 mm時接頭成形性最佳。通過調整轉速、焊速兩個工藝參數來控制FSW過程中的熱輸入。當采用轉速為400 rpm,焊速為50 mm/min的較低熱輸入時,可獲得與母材等強度、無缺陷、高質量的FSW接頭。在此參數下,鋁-鋼界面處生成一層均勻而連續(xù)的IMC薄層,兩種材料之間達到良好的冶金結合。利用透射電鏡(TEM)對鋁-鋼FSW對接接頭的焊核區(qū)及界面處的IMC形貌進行了細致研究,并對Al-Fe反應機理進行了闡述。焊核區(qū)能觀察到渦旋狀洋蔥環(huán)流動形貌,且不均勻地分布著大小不一的鋼顆粒。鋼顆粒周圍有Al-Fe的IMC生成,經電子衍射譜分析確定為Al5Fe2。鋁-鋼界面附近分布著許多堆垛層狀結構,一定程度上增加了界面IMC層的厚度,降低力學性能。利用TEM進行細致觀察發(fā)現(xiàn),Al-Fe界面區(qū)由鋼側混合層和厚度大約為250 nm的IMC層組成�；旌蠈映拭靼禇l帶狀相間,由約50 nm厚的IMC條帶與約500 nm厚的鋼母材交替排列組成。IMC層附近存在大量Al的超細晶,鋼側混合層觀察到拉長變形的晶粒。電子衍射譜分析表明,對接界面上的Al-Fe IMC為Al5Fe2。選用不同尺寸的攪拌工具,對鋁-鋼進行FSW搭接,研究了不同攪拌工具尺寸、下壓量及熱輸入對接頭組織及性能的影響。將鋼板置于下方,鋁板置于上方,下壓量為壓入鋼板0.2 mm。采用大尺寸的攪拌工具,當轉速為800 rpm,焊速為50mm/min,鋼置于前進側時,獲得斷在母材與母材等強度的接頭。在焊核區(qū)界面附近分布著許多剝落在鋁基體中的鋼顆粒,其周圍包裹著很厚的IMC。Hook缺陷明顯得到控制減弱,僅在前進側微小突起,且在界面形成了連續(xù)、均勻的IMC層,經EDS成分分析為Al4Fe。
[Abstract]:Aluminum-steel dissimilar metals have important applications in shipbuilding, aviation, automobile manufacturing and so on. However, the physical, chemical and mechanical properties of aluminum and steel vary greatly. It is difficult to connect with traditional fusion welding. As a new solid-state bonding technology. Friction stir welding (FSW) has attracted more and more attention in the connection of aluminum and steel dissimilar metals. In this paper, the thickness of 5182 aluminum alloy and DP1180 dual phase steel sheet is 1.2mm thick, which is commonly used in automobile manufacturing. For the study. The docking and lapping process of aluminum-steel dissimilar metal FSW were systematically studied, and the microstructure and mechanical properties of the joint were also studied. The main research objectives are as follows: through the optimization and analysis of FSW process for Al-steel dissimilar metals, the key factors affecting the quality of joints are clarified, and the joints with no defects and high quality are obtained. The microstructure of intermetallic intermetallic compound (IMC) was revealed and the mechanism of interfacial forming was explained. To reveal the relationship between interface microstructure and mechanical properties. The main work is as follows: 1.2mm thick Al-steel plate is selected for FSW docking, when the plate is located on the forward side. When the aluminum plate is located on the back side, it can obtain the non-defect joint. When the mixing tool is biased and the steel side is biased to 1 mm, the joint has the best formability, and the rotation speed is adjusted. The heat input in FSW process is controlled by two technological parameters of welding speed. When the heat input of 400rpm rotating speed and 50 mm/min welding speed is adopted, the same strength as the base metal can be obtained and there is no defect. High quality FSW joints. Under this parameter, a uniform and continuous IMC layer is formed at the Al-steel interface. Good metallurgical bonding was achieved between the two materials. The morphology of IMC at the nugget and interface of Al-steel FSW butt joint was studied in detail by means of transmission electron microscope (TEM). The mechanism of Al-Fe reaction was described. The flow morphology of vortex onion rings was observed in the nugget zone, and the steel particles of different sizes were distributed unevenly. The IMC of Al-Fe was formed around the steel particles. It is confirmed by electron diffraction analysis that Al _ 5Fe _ 2. There are many stacking layered structures near the Al-steel interface, which increases the thickness of the interface IMC layer to a certain extent. It is found that the Al-Fe interfacial zone is composed of a steel side mixed layer and a IMC layer about 250nm thick. There are a large number of ultrafine grains of Al in the vicinity of the IMC layer, which consists of the alternating arrangement of about 50 nm thick IMC strip and about 500nm thick steel base metal. The elongated grains were observed in the steel side mixed layer. The Al-Fe IMC on the butt interface was Al _ 5Fe _ 2 by electron diffraction spectrum analysis. The mixing tools of different sizes were selected. The effects of different mixing tool size, pressure and heat input on the microstructure and properties of the joint were studied by FSW. The steel plate was placed under the plate and the aluminum plate was placed on the top. The pressure is 0.2 mm. when the speed is 800rpm, the welding speed is 50mm / min, the steel is placed on the forward side. The joints with the same strength as the base metal and the base metal are obtained. There are many steel particles which flake off in the aluminum matrix near the interface of the nuke zone, and the thick IMC.Hook defects around them are obviously controlled and weakened. There are only small protrusions in the forward side, and a continuous and uniform IMC layer is formed at the interface, which is analyzed by EDS as Al _ 4Fe _ 4.
【學位授予單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG453.9

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 柯黎明,邢麗,劉鴿平;攪拌摩擦焊工藝及其應用[J];焊接技術;2000年02期

2 傅志紅,黃明輝,周鵬展,賀地求;攪拌摩擦焊及其研究現(xiàn)狀[J];焊接;2002年11期

3 張?zhí)飩},郭德倫,陳沁剛,欒國紅;鋁合金攪拌摩擦焊技術研究[J];機械工程學報;2002年02期

4 云杉;攪拌摩擦焊——最具革命性的焊接新技術——專訪中國攪拌摩擦焊中心首席專家關橋院士、北京賽福斯特技術有限公司欒國紅總經理[J];航空制造技術;2003年11期

5 周細應 ,柯黎明 ,劉鴿平 ,邢麗 ,夏春 ,湯旭昌;攪拌摩擦焊的溫度分析[J];新技術新工藝;2003年10期

6 ;激光輔助攪拌摩擦焊[J];電焊機;2003年07期

7 ;攪拌摩擦焊技術在中國的推廣應用[J];電焊機;2003年10期

8 姜瀾,魏緒鈞,姚廣春,王德全;鋁合金攪拌摩擦焊研究現(xiàn)狀及應用[J];材料導報;2003年06期

9 欒國紅,南利輝,孫成彬,關橋;新型船舶制造技術-攪拌摩擦焊[J];熱加工工藝;2004年01期

10 欒國紅,柴鵬,孫成彬,關橋;汽車制造駛上攪拌摩擦焊之路[J];電焊機;2004年01期

相關會議論文 前10條

1 張?zhí)飩};郭德倫;陳沁剛;欒國紅;;攪拌摩擦焊技術研究[A];第九次全國焊接會議論文集（第1冊）[C];1999年

2 唐偉;郭昕昱;J C McClure;李潁;L Murr;;攪拌摩擦焊及其在鋁合金連接中的應用[A];第九次全國焊接會議論文集（第1冊）[C];1999年

3 林香祝;張敏;徐世珍;;攪拌摩擦焊技術的發(fā)展[A];第二屆中國北方焊接學術會議論文集[C];2001年

4 關橋;欒國紅;;攪拌摩擦焊的現(xiàn)狀與發(fā)展[A];第十一次全國焊接會議論文集（第1冊）[C];2005年

5 張彥華;常金玲;劉雪梅;;攪拌摩擦焊過程的流變學初步分析[A];第十一次全國焊接會議論文集（第1冊）[C];2005年

6 郭曉娟;董春林;康舉;欒國紅;付瑞東;;攪拌摩擦焊搭接界面缺陷初步研究[A];第十五次全國焊接學術會議論文集[C];2010年

7 張偉;王磊;王曉暉;;3A21與6063異種鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能分析[A];2011年機械電子學學術會議論文集[C];2011年

8 欒國紅;郭德倫;張?zhí)飩};孫成彬;;鋁合金的攪拌摩擦焊[A];制造業(yè)與未來中國——2002年中國機械工程學會年會論文集[C];2002年

9 胡禮本;;塑料攪拌摩擦焊的力學行為[A];陜西省焊接學術會議論文集[C];2006年

10 崔凡;張春杰;康志明;;剛性動支撐攪拌摩擦焊工藝研究[A];第十六次全國焊接學術會議論文摘要集[C];2011年

相關重要報紙文章 前10條

1 本報記者 焦靜波;將小技術做成大產業(yè)[N];中國航空報;2011年

2 張愛清;中國首臺機器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)推介會在制造所舉行[N];中國航空報;2013年

3 欒國紅 南利輝;攪拌摩擦焊：促進飛機制造技術發(fā)展[N];中國航空報;2004年

4 侯小川;唐眾民 焊接領域破解難題[N];中國航天報;2007年

5 梅開 侯小川;交響[N];中國航天報;2007年

6 柴鵬;先進技術帶來跨越式發(fā)展[N];中國航空報;2012年

7 柴鵬;革命性的固相焊接技術——攪拌摩擦焊[N];中國航空報;2012年

8 中航工業(yè)制造所 董春林;應重視發(fā)展機器人攪拌摩擦焊技術[N];中國航空報;2014年

9 吳思;十年攻關路 五年飛天行[N];中國航天報;2014年

10 王姝書;突出重圍“乘上”軌道交通[N];中國航天報;2014年

相關博士學位論文 前6條

1 李博;基于攪拌摩擦焊技術的TC4鈦合金表面改性研究[D];南京航空航天大學;2014年

2 李冬曉;鋁合金靜止軸肩攪拌摩擦焊技術研究[D];天津大學;2015年

3 鄢東洋;鋁合金薄壁結構攪拌摩擦焊熱—力學過程的研究及模擬[D];清華大學;2010年

4 周鵬展;高強鋁合金厚板攪拌摩擦焊研究[D];中南大學;2006年

5 金玉花;高強鋁合金攪拌摩擦焊接頭組織及薄弱區(qū)研究[D];蘭州理工大學;2012年

6 胡志力;2024鋁合金攪拌摩擦焊管材塑性變形行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

相關碩士學位論文 前10條

1 王海艷;6061鋁合金攪拌摩擦焊接頭組織和性能研究[D];華南理工大學;2010年

2 鄭小茂;7A04高強鋁合金攪拌摩擦焊工藝及接頭的組織與性能研究[D];華南理工大學;2015年

3 張海軍;7N01鋁合金攪拌摩擦焊焊接工藝和接頭力學性能研究[D];西南交通大學;2015年

4 王慶峰;6005A-T6鋁合金地鐵車體的攪拌摩擦焊[D];浙江工業(yè)大學;2015年

5 徐海升;鋁/鋼異種金屬攪拌摩擦焊工藝及連接機制研究[D];南京航空航天大學;2015年

6 肖長源;Al/Mg異種金屬攪拌摩擦焊金屬間化合物的形成機理研究[D];西南交通大學;2016年

7 黃斌;基于靜軸肩攪拌摩擦焊的增材制造技術研究[D];南昌航空大學;2016年

8 謝吉林;鋁/鎂異種金屬“攪拌摩擦焊—釬焊”復合焊接工藝研究[D];南昌航空大學;2016年

9 張興民;6061-T6鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊工藝及數值模擬研究[D];山東大學;2016年

10 馮冬冬;基于激光視覺的攪拌摩擦焊焊縫跟蹤系統(tǒng)研究[D];山東大學;2016年

，

本文編號：1431271