铝_钢搅拌摩擦搭接强流变作用下界面行为及力学性能研究

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1、硕士学位论文铝/钢搅拌摩擦搭接强流变作用下界面行为及力学性能研究INFLUENCEOFSEVEREPLASTICDEFORMATIONONINTERFACIALBEHAVIORANDMECHANICALPROPERTIESOFAL/STEELFRICTIONSTIRLAPJOINT万龙哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG457.1学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开↑↑（宋体小4号字）（宋体小4号字）工学硕士学位论文↑（宋体小2号字加粗）铝/钢搅拌摩擦搭接强流变作用下界面行为及力学性能研究（黑体2号字）硕士研

2、究生：万龙导师：黄永宪副教授冒号左侧用黑体4申请学位：工学硕士号字,冒号右侧用宋学科：材料加工工程体4号字，多倍所在单位：材料科学与工程学院行距答辩日期：2015年6月1.5。授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG457.1（TimesNewRoman小4字）U.D.C:621.791（TimesNewRoman小4字）DissertationfortheMasterDegreeinEngineering↑（TimesNewRoman小2号字）INFLUENCEOFSEVEREPLASTICDEFORMATIONONI

3、NTERFACIALBEHAVIORANDMECHANICALPROPERTIESOFAL/STEELFRICTIONSTIRLAPJOINT↑（TimesNewRoman2Candidate：WanLongSupervisor：Assoc.Prof.HuangYongxianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialScienceandEngineeringDa

4、teofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnologym哈尔滨工业大学工学硕士学位论文（TimesNewRoman小5号字）摘要铝/钢异种金属材料复合接头具有减轻结构重量、降低成本等优势，在航空航天、轨道交通等领域内具有极其广泛的应用前景，其连接技术是工程技术领域的一个热点和难点问题。搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法，目前已成功应用于铝、镁、铜等有色金属的连接，异种金属材料的连接正成为搅拌摩擦焊的研究热点。由于物理、化学性质差异较大，铝/钢搅拌摩

5、擦焊难度大，存在接头性能低、易产生脆性金属间化合物等问题。本文研究了3mm厚6082-T6铝合金与2mm厚Q235A异种金属搅拌摩擦焊搭接技术，揭示了搅拌摩擦焊焊缝表面成形机制，研究了工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响规律，阐明了强形变作用下界面的成形特征，分析了铝/钢搅拌摩擦焊搭接过程中界面层金属间化合物的形成机制。通过铝/钢搅拌摩擦焊搭接试验研究，分析了接头焊缝铝合金表面及搭接界面钢表面的弧纹状结构。焊缝表面形成了凸凹交替、连续分布的半圆弧状纹线，接头横截面表层组织呈现出了连续性的锯齿形的形状。通过对焊缝中心弧形纹的三维立体形貌表征，发

6、现相邻两波峰或者波谷之间的距离等于搅拌头每旋转一周所前进的距离。固定转速1000r/min，低焊接速度的情况下，表层立体形貌呈正弦波结构，随着焊接速度的增大，正弦波演变为“对钩”形结构。固定焊接速度为200mm/min，改变转速时，表层纹路立体形貌保持“对钩”形结构不变。对接头宏、微观组织特征进行分析，阐明了接头性能与微观组织的相关性。研究结果表明，接头横截面由搅拌区、热机影响区、热影响区、铝-钢界面区和母材五部分组成。界面区呈涡旋或层叠卷曲特征，主要由Fe颗粒、Fe-Fe/Al金属间化合物叠层复合结构以及弥散的颗粒复合结构三类组织构成；接头的

7、抗剪切强度值较低，断口表面可以检测到Al、Fe、Fe/Al金属间化合物等物相的存在；接头的硬度分布情况与显微组织相对应，在焊核与母材的过渡区存在明显的硬度软化特征。铝/钢搭接搅拌摩擦焊试验研究表明，随着焊接速度的提高或者转速的降低，接头有效搭接面积减小，界面区金属间化合物含量减小，涡旋或层叠卷曲状组织结构逐渐向平滑型组织转变，接头抗剪强度提高。焊接速度从25mm/min增加到400mm/min时，接头承载能力提高了43.8%，在焊接速度为200mm/min，转速为800r/min时，所得接头的最大拉剪载荷最高达到7400N。-I-哈尔滨工业大学

8、工学硕士学位论文（TimesNewRoman小5号字）对铝/钢搅拌摩擦焊搭接界面处化合物的形成进行了热力学分析，提出了强流变作用下界面区金属间化合物层