AZ31B镁合金/PRO500超高强度钢TIG熔钎连接界面反应特性及力学性能
发布时间：2021-01-25 14:27
利用TIG电弧作为热源开展AZ31B镁合金与超高强度钢PRO500熔钎连接实验,研究界面反应特性及力学性能。结果表明:AZ31B镁合金/PRO500钢能够利用TIG电弧熔钎焊实现有效连接;接头界面中各基体元素的氧化具有强烈的热力学自发性并在接头界面中形成氧化物聚集且包含AlFe3相的过渡区,其硬度介于两种基材之间;界面中靠近钎接位置的钢基体在焊接热循环作用下会出现回火软化现象;大的焊接热输入会导致界面过渡区中脆性化合物相增多,结合强度显著下降。
【文章来源】：材料工程. 2017,45(11)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００ＴＩＧ熔钎接头ＸＲＤ谱（Ｉ＝８０Ａ）Ｆｉｇ．２ＸＲＤｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｔｈｅＴＩＧｗｅｌｄｉｎｇ－ｂｒａｚｉｎｇｊｏｉｎｔｓｏｆ
材料工程２０１７年１１月图２ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００ＴＩＧ熔钎接头ＸＲＤ谱（Ｉ＝８０Ａ）Ｆｉｇ．２ＸＲＤｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｔｈｅＴＩＧｗｅｌｄｉｎｇ－ｂｒａｚｉｎｇｊｏｉｎｔｓｏｆＡＺ３１ＢｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｔｏＰＲＯ５００ｓｔｅｅｌ（Ｉ＝８０Ａ）面存在显著差异，焊接工艺性能具有较多不确定性，为保障连接可靠性，通常需要采用必要的工艺措施以保障异种金属基材间焊接过程中形成有效的金属间化合物、共晶或复杂机械混合物结构［７］。由于Ｆｅ与Ｍｇ之间不能互溶或形成金属间化合物，结合接头界面ＸＲＤ分析结果（见图２），可以推断该白色界面层不是由界面间金属元素相互扩散形成，而是由非金属化合物与界面处基体元素共同形成的复杂混合物。２．２接头界面反应热力学分析已有研究表明，Ｍｇ－钢焊接时Ｏ元素的侵入会在接头中形成复杂的Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ化合物［１０］。图３（ａ）为９００Ｋ时Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ三元系统生长优势图［１６］，图３（ｂ）为焊接电图３９００Ｋ时Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ三元系统生长优势图［１６］（ａ）及Ｉ＝８０Ａ时典型界面元素分布（ｂ）Ｆｉｇ．３ＰｒｅｄｏｍｉｎａｎｃｅｄｉａｇｒａｍｆｏｒｔｈｅｇｒｏｗｔｈｉｎｔｈｅｔｅｒｎａｒｙＦｅ－Ｍｇ－Ｏｓｙｓｔｅｍａｔ９００Ｋ［１６］（ａ）ａｎｄａｔｙｐｉｃａｌｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｅｌｅｍｅｎｔｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｏｆａｊｏｉｎｔＩ＝８０Ａ（ｂ）流８０Ａ时ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００钢ＴＩＧ电弧熔钎焊接接头界面过渡区元素分布ＥＤＳ线扫描分析结果。
第４５卷第１１期ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００超高强度钢ＴＩＧ熔钎连接界面反应特性及力学性能熔钎焊过程液态金属中化合物形成热力学分析结果表明，ＡＺ３１Ｂ镁合金与ＰＲＯ５００钢主要基体元素与元素Ｏ间可能发生的各反应吉布斯自由能ΔＧθ＜０，表明在６４９℃（９２２Ｋ）时，界面中氧化物的形成反应均能够自发进行。由于Ｆｅ－Ｍｇ之间几乎不互溶且不形成金属间化合物，结合Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ三元合金系统生长优势图（图３（ａ）），可以推测ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００钢熔钎焊连接时元素氧的侵入会在接头中形成复杂的Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ间的二元甚至三元氧化物。尽管Ｆｅ－Ｍｇ间不发生反应，但二者均会发生向连接界面复杂Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ化合物中的扩散［１０］。由于搭接接头焊接过程中氧的侵入不可避免，高温时Ｍｇ极易氧化生成ＭｇＯ，而有研究表明Ｆｅ及其氧化物能够溶入ＭｇＯ［１６，１８］，使得最终在界面区形成了由Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ化合物和基体Ｆｅ元素、熔敷金属中结晶与扩散的Ｍｇ元素共同组成的过渡区。２．３接头力学性能图４所示为实验工艺条件下ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００钢熔钎焊接头显微硬度测试分析结果。图４所示接头显微硬度测试结果表明，ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００钢熔钎焊接头中形成了一个硬度介于两种基材之间的界面连接过渡区；靠近钎接位置的钢基体未发生熔化，但在焊接热循环作用下硬度下降，形图４ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００ＴＩＧ熔钎接头显微硬度Ｆｉｇ．４ＭｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｔｈｅＴＩＧｗｅｌｄｉｎｇ
【参考文献】：
期刊论文
[1]前进速率对搅拌摩擦加工ZK60镁合金组织和力学性能的影响[J]. 林君,张大童,张文,邱诚. 航空材料学报. 2017(01)
[2]ZM5镁合金TIG焊接接头组织与力学性能[J]. 秦仁耀,孙兵兵,肇恒跃,郭绍庆,唐思熠,张学军. 材料工程. 2016(06)
[3]超高强钢DomexProtect500焊接性能试验研究[J]. 习吕鹏,杨丽,高翔,贾锁杰. 汽车工艺与材料. 2015(07)
[4]Effect of Heat Input on Microstructure and Mechanical Properties of Joints Made by Bypass-Current MIG Welding–Brazing of Magnesium Alloy to Galvanized Steel[J]. Yugang Miao,Bintao Wu,Xiangfang Xu,Duanfeng Han. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(06)
[5]铝合金与镀锌钢脉冲旁路耦合电弧GMAW熔钎焊搭接工艺及接头性能的研究[J]. 黄健康,邵玲,石玗,顾玉芬. 材料工程. 2014(03)
[6]重型车辆传动行动构件轻量化设计研究[J]. 张治民,张星,王强,李保成. 机械工程学报. 2012(18)
[7]高强镁合金的研究进展[J]. 张丁非,张红菊,兰伟,马春华. 材料热处理学报. 2012(06)
[8]ZK60镁合金的CO2激光焊接工艺研究[J]. 谢丽初,陈振华,俞照辉. 中南大学学报(自然科学版). 2011(05)
[9]变形镁合金的研究、开发及应用[J]. 余琨,黎文献,王日初,马正青. 中国有色金属学报. 2003(02)
本文编号：2999381
【文章来源】：材料工程. 2017,45(11)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００ＴＩＧ熔钎接头ＸＲＤ谱（Ｉ＝８０Ａ）Ｆｉｇ．２ＸＲＤｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｔｈｅＴＩＧｗｅｌｄｉｎｇ－ｂｒａｚｉｎｇｊｏｉｎｔｓｏｆ
材料工程２０１７年１１月图２ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００ＴＩＧ熔钎接头ＸＲＤ谱（Ｉ＝８０Ａ）Ｆｉｇ．２ＸＲＤｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｔｈｅＴＩＧｗｅｌｄｉｎｇ－ｂｒａｚｉｎｇｊｏｉｎｔｓｏｆＡＺ３１ＢｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｔｏＰＲＯ５００ｓｔｅｅｌ（Ｉ＝８０Ａ）面存在显著差异，焊接工艺性能具有较多不确定性，为保障连接可靠性，通常需要采用必要的工艺措施以保障异种金属基材间焊接过程中形成有效的金属间化合物、共晶或复杂机械混合物结构［７］。由于Ｆｅ与Ｍｇ之间不能互溶或形成金属间化合物，结合接头界面ＸＲＤ分析结果（见图２），可以推断该白色界面层不是由界面间金属元素相互扩散形成，而是由非金属化合物与界面处基体元素共同形成的复杂混合物。２．２接头界面反应热力学分析已有研究表明，Ｍｇ－钢焊接时Ｏ元素的侵入会在接头中形成复杂的Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ化合物［１０］。图３（ａ）为９００Ｋ时Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ三元系统生长优势图［１６］，图３（ｂ）为焊接电图３９００Ｋ时Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ三元系统生长优势图［１６］（ａ）及Ｉ＝８０Ａ时典型界面元素分布（ｂ）Ｆｉｇ．３ＰｒｅｄｏｍｉｎａｎｃｅｄｉａｇｒａｍｆｏｒｔｈｅｇｒｏｗｔｈｉｎｔｈｅｔｅｒｎａｒｙＦｅ－Ｍｇ－Ｏｓｙｓｔｅｍａｔ９００Ｋ［１６］（ａ）ａｎｄａｔｙｐｉｃａｌｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｅｌｅｍｅｎｔｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｏｆａｊｏｉｎｔＩ＝８０Ａ（ｂ）流８０Ａ时ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００钢ＴＩＧ电弧熔钎焊接接头界面过渡区元素分布ＥＤＳ线扫描分析结果。
第４５卷第１１期ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００超高强度钢ＴＩＧ熔钎连接界面反应特性及力学性能熔钎焊过程液态金属中化合物形成热力学分析结果表明，ＡＺ３１Ｂ镁合金与ＰＲＯ５００钢主要基体元素与元素Ｏ间可能发生的各反应吉布斯自由能ΔＧθ＜０，表明在６４９℃（９２２Ｋ）时，界面中氧化物的形成反应均能够自发进行。由于Ｆｅ－Ｍｇ之间几乎不互溶且不形成金属间化合物，结合Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ三元合金系统生长优势图（图３（ａ）），可以推测ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００钢熔钎焊连接时元素氧的侵入会在接头中形成复杂的Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ间的二元甚至三元氧化物。尽管Ｆｅ－Ｍｇ间不发生反应，但二者均会发生向连接界面复杂Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ化合物中的扩散［１０］。由于搭接接头焊接过程中氧的侵入不可避免，高温时Ｍｇ极易氧化生成ＭｇＯ，而有研究表明Ｆｅ及其氧化物能够溶入ＭｇＯ［１６，１８］，使得最终在界面区形成了由Ｆｅ－Ｍｇ－Ｏ化合物和基体Ｆｅ元素、熔敷金属中结晶与扩散的Ｍｇ元素共同组成的过渡区。２．３接头力学性能图４所示为实验工艺条件下ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００钢熔钎焊接头显微硬度测试分析结果。图４所示接头显微硬度测试结果表明，ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００钢熔钎焊接头中形成了一个硬度介于两种基材之间的界面连接过渡区；靠近钎接位置的钢基体未发生熔化，但在焊接热循环作用下硬度下降，形图４ＡＺ３１Ｂ镁合金／ＰＲＯ５００ＴＩＧ熔钎接头显微硬度Ｆｉｇ．４ＭｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｔｈｅＴＩＧｗｅｌｄｉｎｇ
【参考文献】：
期刊论文
[1]前进速率对搅拌摩擦加工ZK60镁合金组织和力学性能的影响[J]. 林君,张大童,张文,邱诚. 航空材料学报. 2017(01)
[2]ZM5镁合金TIG焊接接头组织与力学性能[J]. 秦仁耀,孙兵兵,肇恒跃,郭绍庆,唐思熠,张学军. 材料工程. 2016(06)
[3]超高强钢DomexProtect500焊接性能试验研究[J]. 习吕鹏,杨丽,高翔,贾锁杰. 汽车工艺与材料. 2015(07)
[4]Effect of Heat Input on Microstructure and Mechanical Properties of Joints Made by Bypass-Current MIG Welding–Brazing of Magnesium Alloy to Galvanized Steel[J]. Yugang Miao,Bintao Wu,Xiangfang Xu,Duanfeng Han. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(06)
[5]铝合金与镀锌钢脉冲旁路耦合电弧GMAW熔钎焊搭接工艺及接头性能的研究[J]. 黄健康,邵玲,石玗,顾玉芬. 材料工程. 2014(03)
[6]重型车辆传动行动构件轻量化设计研究[J]. 张治民,张星,王强,李保成. 机械工程学报. 2012(18)
[7]高强镁合金的研究进展[J]. 张丁非,张红菊,兰伟,马春华. 材料热处理学报. 2012(06)
[8]ZK60镁合金的CO2激光焊接工艺研究[J]. 谢丽初,陈振华,俞照辉. 中南大学学报(自然科学版). 2011(05)
[9]变形镁合金的研究、开发及应用[J]. 余琨,黎文献,王日初,马正青. 中国有色金属学报. 2003(02)
本文编号：2999381
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