碳化硅颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊与流场模拟

《碳化硅颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊与流场模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、碳化硅颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊与流场模拟摘要：碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有良好的比刚度、比强度、比模量以及高耐磨性，有着广泛的应用和发展前景，但是由于碳化硅颗粒增强铝基复合材料的焊接问题没有得到良好的解决，制约了它的应用和发展。英国焊接研究所（TWI）提出了搅拌摩擦焊接的专利技术,是一种新型的固相连接技术，与传统的焊接方法相比具有许多优点，已经被应用于许多领域，但这种新兴焊接方式的应用研究仍然是当前研究的热点。本文被焊母材金属为碳化硅颗粒增强2024铝基复合材料，采用自行设计制作的搅拌头进行搅拌摩擦焊试验。SiC颗粒作为铝基复合材料中的

2、增强相，有着非常高的硬度，对搅拌头的硬度和耐磨性要求很高。GT35钢结硬质合金具有很高的硬度以及良好的物理性能，并且具有优良的可机加工性能。搅拌头采用基座和搅拌针分体装配连接结构，论文采用GT35钢结硬质合金制作搅拌头的前端搅拌针，使用45号钢做成基座。通过试验比较凹凸槽钎焊连接搅拌头和螺纹连接搅拌头性能的优劣，确定选用螺纹连接搅拌头的设计方案。采用螺纹连接搅拌头焊后的焊缝光滑平整。搅拌摩擦焊采用转速1000r/min，前进速度200mm/min，下压量5.1mm，搅拌头倾角2.5o的参数进行搅拌摩擦焊试验。焊缝的抗拉强度为113MPa~122

3、MPa,仅为母材的40％左右。焊接试验后，对搅拌摩擦焊接头进行力学性能检测以及焊缝宏观、微观组织分析和断口扫描分析，探讨搅拌摩擦焊工艺因素和冶金因素对焊接接头性能的影响。发现搅拌头对焊缝两侧作用力的不同、焊接过程晶粒再结晶以及SiC颗粒的堆积是造成焊接接头与母材组织和性能差异的主要原因。应用流体动力学理论构建搅拌摩擦焊过程的物理模型，用连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程组成一个非线性、全耦合的控制方程，描述搅拌摩擦焊过程中材料的塑性流动。建模时将铝基复合材料看作是高粘度、非牛顿、不可压缩的流体以稳态、层流的方式绕过一个旋转的圆锥状带螺纹探针

4、。建立了沿焊缝纵向截面搅拌头有螺纹、无倾角和搅拌头有螺纹、有倾角时的二维数值模型。模型中假设搅拌头只是在原地转动，而工件材料从搅拌头前沿绕过搅拌头流向后沿，采用隐式、非耦合、非定常方式进行计算，模拟出焊接过程中材料的流线图。数值模拟的结果和试验结果基本吻合，对搅拌摩擦焊焊缝成形和焊接质量评估具有一定的理论指导意义。关键词：碳化硅颗粒，铝基复合材料，搅拌摩擦焊，焊缝性能，塑性流动，数值模拟FRICTIONSTIRWELDINGOFSiCpREINFORCEDALUMINUMMATRIXCOMPOSITEANDFLUIDSIMULATIONABST

5、RACT:SiCpreinforcedAlmatrixcompositeshavealotofgoodpropertiessuchasgreatrigidity,specificstrength,specificmoduleandwearability,andtheyarewidelyusedinmanyindustriesandhaveagoodprospect,butitsapplicationislimitedbytheproblemsofweldingtechnology.Frictionstirweldingisanewsolidph

6、asejoiningmethod,whichisinventedbyTheWeldingInstitute(TWI).Comparedwiththetraditionalweldingmethod,FSWhasmanyadvantagesandithasbeenappliedtomanyindustrialfields.However,theresearchoftheapplicationofFSWisstillasignificantsubjectnowadays.Inthedissertation,FSWexperimentsofSiCpr

7、einforced2024Aluminumcompositehavebeendone.SiCparticle,asthereinforcedphaseinthematrix,hashighhardness,sothematerialofthefrictionstirtoolshouldhashighhardnessandgoodresistance-wearproperty.GT35steel-bondedcarbidealloyhashighhardness,goodphysicalpropertiesandprocessedperforma

8、nce.Thestirtoolincludestwoparts:theprobeismadeofGT35steel-bondedcarbideallo