近年來(lái),隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)高性能鋁/鋼復(fù)合構(gòu)件的需求日益迫切,傳統(tǒng)的鑲嵌鑄造、焊接等復(fù)合方式已無(wú)法滿(mǎn)足其性能要求。鋁/鋼復(fù)合鍛造成形是制備鋁/鋼復(fù)合構(gòu)件的新方向,但是,鋁、鋼兩種金屬之間的物理性能和化學(xué)性能的差異導(dǎo)致這兩種金屬的冶金結(jié)合存在著諸多問(wèn)題,限制了鋁/鋼異種金屬構(gòu)件更廣泛的應(yīng)用。因此,研究鋁/鋼復(fù)合成形構(gòu)件的界面結(jié)合具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。本文通過(guò)對(duì)304不銹鋼管和7075鋁合金棒材進(jìn)行鐓粗成形實(shí)驗(yàn),分析了成形工藝對(duì)復(fù)合構(gòu)件界面結(jié)合的影響規(guī)律,以及熱處理過(guò)程對(duì)界面的影響,最后揭示了界面演化機(jī)制,為實(shí)現(xiàn)鋁/鋼復(fù)合構(gòu)件良好的冶金結(jié)合提供理論指導(dǎo)。首先從材料表面處理狀態(tài),成形溫度以及變形量三個(gè)方面,研究了成形過(guò)程對(duì)界面的影響。通過(guò)對(duì)材料表面進(jìn)行拋磨,超聲清洗,添加鍍層等措施對(duì)比研究了不同預(yù)處理方式對(duì)界面結(jié)合的影響,發(fā)現(xiàn)不銹鋼中的Ni,Cr等合金元素具有防止材料加熱過(guò)程中的氧化以及抑制金屬間化合物生成的作用。探究改變鋼套和鋁芯的預(yù)處理溫度對(duì)界面的影響規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)合理的預(yù)處理溫度選擇有助于界面的結(jié)合,一方面鋁芯表層適量的熔化有助于潤(rùn)濕鋼套表面實(shí)現(xiàn)更好的冶金結(jié)合;另一方面,合理的溫度選擇... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋁/鋼復(fù)合鍛造工藝示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-2-前去除鋁氧化膜，但在加熱和轉(zhuǎn)移過(guò)程中又被重新氧化，難以獲得冶金結(jié)合界面[4]，在鋁/鋼復(fù)合構(gòu)件的潛在應(yīng)用領(lǐng)域，如服役環(huán)境溫差大的航天構(gòu)件和承受較大交變載荷的汽車(chē)傳動(dòng)件等，均須通過(guò)穩(wěn)固的冶金結(jié)合界面保證復(fù)合構(gòu)件的服役可靠性（一般認(rèn)為化合物層厚度＜10μm時(shí)，界面的結(jié)合強(qiáng)度與鋁基體相當(dāng)）。因此，若開(kāi)發(fā)出新型的鋁/鋼復(fù)合鍛造成形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋁/鋼雙金屬協(xié)調(diào)變形和界面可靠冶金結(jié)合，將鋼的高性能優(yōu)勢(shì)和鋁的輕量化優(yōu)勢(shì)有效集成，在汽車(chē)工業(yè)、兵器裝備、特別是航空航天等對(duì)重量要求高的領(lǐng)域?qū)⒕哂袠O大的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。本課題提出鋁/鋼雙金屬構(gòu)件觸變軟芯復(fù)合鍛造成形技術(shù)，技術(shù)思想如圖1-2所示，重點(diǎn)研究的方向是熱塑態(tài)鋼質(zhì)層與半固態(tài)鋁芯協(xié)調(diào)變形過(guò)程中界面形成機(jī)制，部分液相和界面結(jié)構(gòu)變形耦合作用下的冶金界面形成機(jī)理。通過(guò)本課題的研究，實(shí)現(xiàn)鋁/鋼雙金屬構(gòu)件界面可靠的冶金結(jié)合，將鋼的高性能優(yōu)勢(shì)和鋁合金輕量化優(yōu)勢(shì)有效集成，具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。圖1-2鋁/鋼雙金屬構(gòu)件觸變軟芯復(fù)合鍛造成形技術(shù)示意圖1.2研究現(xiàn)狀1.2.1鋁鋼異種金屬結(jié)合性異種材料的結(jié)合性主要是由材料的物理性能和化學(xué)性能決定的，理論上來(lái)說(shuō)，兩種金屬只要是在熔化狀態(tài)下能夠相互形成共晶或固溶體，原則上都可以實(shí)現(xiàn)連接。當(dāng)兩種金屬的物理性能和化學(xué)性能比較接近時(shí)，能夠相互溶解形成

碩士學(xué)位論文-5-1.2.3鋁鋼液相連接熔化焊具有操作簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)等方面優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于鋁鋼異種材料的連接，常規(guī)的熔化焊并不能直接適用。因?yàn)槿刍竿ǔ＞哂休^高的熱輸入，熔化的鋁和熔化的鋼會(huì)迅速生成大量的金屬間化合物，嚴(yán)重影響界面的結(jié)合性能，難以實(shí)現(xiàn)可靠的冶金結(jié)合。當(dāng)前采用熔化焊的方式對(duì)鋁鋼異種材料連接時(shí)，最重要的是控制焊接熱輸入，盡量的降低焊接熱輸入，使得界面結(jié)合時(shí)鋁熔化而鋼只是微量的熔化，熔化的鋁液鋪展到鋼表面，增大潤(rùn)濕效果的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了較好的冶金結(jié)合，此種焊接方式也成為熔釬焊，如圖1-3所示[14]。圖1-3鋁合金/鋼熔釬焊示意圖[14]Song等人[15]研究了5A06和SUS321不銹鋼的TIG熔釬焊技術(shù)，Al-Si液態(tài)填充金屬包覆的鋼接頭表面，形成一個(gè)完美的釬焊縫。由于溫度的差異，不同位置的界面層厚度在5μm到35μm不等。界面層為三個(gè)不同成分的區(qū)域組成，從焊縫到不銹鋼，第一層為Al7Fe2Si相，第二層為Fe2Al5相，第三層是FeSi2和Fe2Al5混合相。接頭的平均抗拉強(qiáng)度達(dá)到了120MPa，斷裂發(fā)生在界面層。該課題組還研究鋁和Q235鍍鋅板的TIG熔釬焊，鋁基釬料在鍍鋅板表面鋪展良好，界面金屬間化合物層的厚度＜10μm，對(duì)搭接接頭進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，接頭抗拉強(qiáng)度為90MPa，主要是由于搭接接頭的焊根和焊趾處存在局部未焊合的缺陷，成為裂紋源，降低了抗拉強(qiáng)度[16]。英國(guó)學(xué)者M(jìn)eco等人[17]研究了鋁鋼異種材料熔釬焊工藝，主要研究了工藝參數(shù)對(duì)界面金屬間化合物形成的影響規(guī)律，采用功率為8kW的激光器實(shí)現(xiàn)了6mm厚鋁合金和2mm厚的鋼板的搭接焊，焊接過(guò)程中通過(guò)控制激光束的光斑直徑來(lái)調(diào)整焊接熱輸入。研究顯示，接頭的力學(xué)性能與界面金屬間化合物的厚度并不是簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，還取決與鋁在鋼表面的鋪展性?

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3483305