Cu-Cr-Zr合金搅拌摩擦焊接接头组织与性能研究
发布时间：2021-02-11 16:55
Cu-Cr-Zr合金是一种沉淀强化型合金,因具有较高的导电性能、力学性能,而被航空航天、军工、电子、机械等领域广泛应用。对于Cu-Cr-Zr合金而言,利用传统的熔化焊、等离子弧焊和钎焊等方法焊接,焊接接头容易出现气孔、裂纹、未焊合以及晶粒粗大、力学性能严重下降等缺陷,导致了高强度、高导电性Cu-Cr-Zr合金的应用受到了严重的影响。因此,本文通过搅拌摩擦焊接（Friction stir welding,FSW）的方法焊接,有效解决了上述传统方法焊接的问题。本文采用旋转速度为750和1500 rpm,焊接速度为23.5 mm/min的焊接参数分别对时效态和固溶态的3mm厚的Cu-Cr-Zr合金板进行搅拌摩擦焊接,焊后对接头进行时效处理（Aging Treatment,AT）,研究不同焊接转速、母材初始状态和时效处理共同作用对焊接接头微观组织（晶粒尺寸、沉淀相）以及力学性能（硬度、室温拉伸性能）、导电性能的影响,并对焊接接头的拉伸性能进行模型化定量分析,主要研究结果如下:当母材（Base Metal,BM）初始状态为时效态时,FSW后,时效750 rpm和时效1500 rpm接头焊核区（N...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铜合金FSW接头微观组织
西安建筑科技大学硕士学位论文132实验材料与方法2.1实验材料本研究采用100mm(长)×50mm(宽)×3mm(高)的时效态和固溶态的Cu-Cr-Zr合金板进行FSW，板材的化学成分见表2.1表2.1Cu-Cr-Zr合金化学成分（质量分数/%）Table2.1ChemicalcompositionsofCu-Cr-Zralloy(wt/%)2.2实验方案本课题实验方案如图2.1所示。实验首先对时效态Cu-Cr-Zr合金板进行固溶处理（固溶温度为960℃，保温时间为1h），经过固溶处理的板材命名为固溶态Cu-Cr-Zr合金板，然后采取不同的焊接转速分别对时效态和固溶态的Cu-Cr-Zr合金板进行FSW(图2.2)，最后对焊接后的接头进行时效处理。分别对FSW接头和时效处理后的焊接接头进行微观组织、力学性能以及导电性能进行检测，分析焊接转速和时效处理对接头微观组织、力学性能和导电性能的影响。图2.1实验流程图Fig.2.1Theflowdiagramofexperiment合金元素CrZrCu含量0.320.13Bal.
西安建筑科技大学硕士学位论文14图2.2FSW示意图(AS和RS分别为前进侧和后退侧，TD、WD和ND分别代表横向、焊接和垂直方向Fig.2.2PrinciplediagramofFSW(AS-advancingside,RS-retreatingside,TD-transversedirection、WD-weldingdirection、ND-normaldirection)2.3FSW实验及设备(1)X5032型立式升降台铣床FSW实验设备为自行改造的X5032型立式升降台铣床，铣床的前进速度范围是23.5~1180mm/min，旋转速度的范围是30~1500r/min；可移动范围：升降为0~370mm，纵向为0~700mm，横向为0~225mm。(2)焊接工具实验选用的搅拌头材料为硬质合金工具钢，搅拌头轴肩直径为16mm，搅拌针形状为圆台形，搅拌针根部和头部的直径分别为5和3.5mm，长度为2.8mm。焊接之前将待焊板采用酒精进行表面清洗，以确保待焊板材干净整洁无污染。然后将待焊板材用夹具紧紧固定在工作台上。(3)FSW焊接参数焊接参数搅拌头旋转速度分别选取为750和1500r/min，焊接速度选取为23.5mm/min，压下量为0.1mm，搅拌头倾角为3o。为方便起见，将时效态和固溶态材料经过750和1500r/min焊接后的试样分别命名为时效750rpm、时效1500rpm、固溶750rpm和固溶1500rpm。2.4时效处理高强高导Cu-Cr-Zr合金是一种典型的时效弥散强化型合金材料，一次强化是通过高温固溶处理形成Cr、Zr在Cu中的过饱和固溶体[92]。更重要的强化是在时效处
【参考文献】：
期刊论文
[1]触变挤压铜合金的力学性能[J]. 肖寒,段志科,李乃拥,李永坤,周荣锋,卢德宏,蒋业华. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[2]2195-F态铝锂合金TIG焊和FSW焊后残余应力分析[J]. 罗传光,李桓,于福盛,张宇辉. 焊接学报. 2018(11)
[3]钛氧析出相对钛合金中位错行为影响的原位透射电镜研究[J]. 刘冠,余倩,张泽. 电子显微学报. 2018(05)
[4]时效处理对6082铝合金阻尼性能的影响[J]. 杨振兴,刘崇宇,韦莉莉,周文标,秦颐鸣,江鸿杰. 轻合金加工技术. 2018(08)
[5]Microstructure and mechanical properties of Nb–Mo–ZrB2 composites prepared by hot-pressing sintering[J]. Yuan Gao,Zong-de Liu,Qi Wang,Yong-tian Wang. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2018(07)
[6]Effect of cold deformation on corrosion fatigue behavior of nickel-free high nitrogen austenitic stainless steel for coronary stent application[J]. Jun Li,Yixun Yang,Yibin Ren,Jiahui Dong,Ke Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2018(04)
[7]焊后热处理对6061-T4铝合金焊接接头组织和性能的影响[J]. 赵福城,郭廷凯,田春雨,张均超,温健. 铝加工. 2018(01)
[8]微量Si和Fe对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Cr-Ti合金组织与性能的影响[J]. 周泽宇,陈康华,许杰,董朋轩. 中南大学学报(自然科学版). 2017(12)
[9]2024-T4铝合金搅拌摩擦焊搅拌区位错及组织性能[J]. 张格铭,刘鹏,冯可云,李嘉宁. 电焊机. 2017(08)
[10]高速列车用高强A7N01铝合金焊接接头的疲劳性能（英文）[J]. 倪维源,杨尚磊,贾进,白健颖,林杨胜蓝. 稀有金属材料与工程. 2016(11)
博士论文
[1]高强高导Cu-Cr-Zr合金组织和性能的研究[D]. 潘振亚.上海交通大学 2015
[2]沉淀强化铜合金的制备及组织性能研究[D]. 郭守晖.南昌大学 2012
[3]高强高导电铜合金研究[D]. 陆德平.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]高强高导Cu-Cr-Zr合金组织与性能的研究[D]. 李昊.西安理工大学 2017
[2]镁合金载流—搅拌摩擦焊接工艺与机理研究[D]. 王鸿.重庆大学 2016
[3]非真空熔炼Cu-Cr-Zr合金的组织与性能研究[D]. 马健凯.太原科技大学 2016
[4]材料摩擦性能对搅拌摩擦焊接头温度及焊缝成形的影响[D]. 朱蕾.南昌航空大学 2015
[5]微量元素对Cu-Zr-（Cr）系合金时效组织与性能的影响研究[D]. 李明宇.大连理工大学 2015
[6]Cu-Cr-Zr合金摩擦焊工艺及接头组织与性能研究[D]. 牛文明.江苏科技大学 2014
[7]TiC0.5/Cu（Al）复合材料的制备及耐磨性研究[D]. 刘晓涵.北京交通大学 2014
[8]Ti、Nb、Co和Zr对高温合金25Cr37Ni0.6Nb组织和性能的影响[D]. 陈道凤.上海交通大学 2014
[9]超高纯Cu-Mn合金轧制与退火过程中微观组织与织构的研究[D]. 骆冬智.重庆大学 2013
[10]Cu-Cr-Zr合金的搅拌摩擦焊及焊后热处理工艺对焊缝性能的影响研究[D]. 赖瑞林.中南大学 2013
本文编号：3029423
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铜合金FSW接头微观组织
西安建筑科技大学硕士学位论文132实验材料与方法2.1实验材料本研究采用100mm(长)×50mm(宽)×3mm(高)的时效态和固溶态的Cu-Cr-Zr合金板进行FSW，板材的化学成分见表2.1表2.1Cu-Cr-Zr合金化学成分（质量分数/%）Table2.1ChemicalcompositionsofCu-Cr-Zralloy(wt/%)2.2实验方案本课题实验方案如图2.1所示。实验首先对时效态Cu-Cr-Zr合金板进行固溶处理（固溶温度为960℃，保温时间为1h），经过固溶处理的板材命名为固溶态Cu-Cr-Zr合金板，然后采取不同的焊接转速分别对时效态和固溶态的Cu-Cr-Zr合金板进行FSW(图2.2)，最后对焊接后的接头进行时效处理。分别对FSW接头和时效处理后的焊接接头进行微观组织、力学性能以及导电性能进行检测，分析焊接转速和时效处理对接头微观组织、力学性能和导电性能的影响。图2.1实验流程图Fig.2.1Theflowdiagramofexperiment合金元素CrZrCu含量0.320.13Bal.
西安建筑科技大学硕士学位论文14图2.2FSW示意图(AS和RS分别为前进侧和后退侧，TD、WD和ND分别代表横向、焊接和垂直方向Fig.2.2PrinciplediagramofFSW(AS-advancingside,RS-retreatingside,TD-transversedirection、WD-weldingdirection、ND-normaldirection)2.3FSW实验及设备(1)X5032型立式升降台铣床FSW实验设备为自行改造的X5032型立式升降台铣床，铣床的前进速度范围是23.5~1180mm/min，旋转速度的范围是30~1500r/min；可移动范围：升降为0~370mm，纵向为0~700mm，横向为0~225mm。(2)焊接工具实验选用的搅拌头材料为硬质合金工具钢，搅拌头轴肩直径为16mm，搅拌针形状为圆台形，搅拌针根部和头部的直径分别为5和3.5mm，长度为2.8mm。焊接之前将待焊板采用酒精进行表面清洗，以确保待焊板材干净整洁无污染。然后将待焊板材用夹具紧紧固定在工作台上。(3)FSW焊接参数焊接参数搅拌头旋转速度分别选取为750和1500r/min，焊接速度选取为23.5mm/min，压下量为0.1mm，搅拌头倾角为3o。为方便起见，将时效态和固溶态材料经过750和1500r/min焊接后的试样分别命名为时效750rpm、时效1500rpm、固溶750rpm和固溶1500rpm。2.4时效处理高强高导Cu-Cr-Zr合金是一种典型的时效弥散强化型合金材料，一次强化是通过高温固溶处理形成Cr、Zr在Cu中的过饱和固溶体[92]。更重要的强化是在时效处
【参考文献】：
期刊论文
[1]触变挤压铜合金的力学性能[J]. 肖寒,段志科,李乃拥,李永坤,周荣锋,卢德宏,蒋业华. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[2]2195-F态铝锂合金TIG焊和FSW焊后残余应力分析[J]. 罗传光,李桓,于福盛,张宇辉. 焊接学报. 2018(11)
[3]钛氧析出相对钛合金中位错行为影响的原位透射电镜研究[J]. 刘冠,余倩,张泽. 电子显微学报. 2018(05)
[4]时效处理对6082铝合金阻尼性能的影响[J]. 杨振兴,刘崇宇,韦莉莉,周文标,秦颐鸣,江鸿杰. 轻合金加工技术. 2018(08)
[5]Microstructure and mechanical properties of Nb–Mo–ZrB2 composites prepared by hot-pressing sintering[J]. Yuan Gao,Zong-de Liu,Qi Wang,Yong-tian Wang. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2018(07)
[6]Effect of cold deformation on corrosion fatigue behavior of nickel-free high nitrogen austenitic stainless steel for coronary stent application[J]. Jun Li,Yixun Yang,Yibin Ren,Jiahui Dong,Ke Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2018(04)
[7]焊后热处理对6061-T4铝合金焊接接头组织和性能的影响[J]. 赵福城,郭廷凯,田春雨,张均超,温健. 铝加工. 2018(01)
[8]微量Si和Fe对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Cr-Ti合金组织与性能的影响[J]. 周泽宇,陈康华,许杰,董朋轩. 中南大学学报(自然科学版). 2017(12)
[9]2024-T4铝合金搅拌摩擦焊搅拌区位错及组织性能[J]. 张格铭,刘鹏,冯可云,李嘉宁. 电焊机. 2017(08)
[10]高速列车用高强A7N01铝合金焊接接头的疲劳性能（英文）[J]. 倪维源,杨尚磊,贾进,白健颖,林杨胜蓝. 稀有金属材料与工程. 2016(11)
博士论文
[1]高强高导Cu-Cr-Zr合金组织和性能的研究[D]. 潘振亚.上海交通大学 2015
[2]沉淀强化铜合金的制备及组织性能研究[D]. 郭守晖.南昌大学 2012
[3]高强高导电铜合金研究[D]. 陆德平.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]高强高导Cu-Cr-Zr合金组织与性能的研究[D]. 李昊.西安理工大学 2017
[2]镁合金载流—搅拌摩擦焊接工艺与机理研究[D]. 王鸿.重庆大学 2016
[3]非真空熔炼Cu-Cr-Zr合金的组织与性能研究[D]. 马健凯.太原科技大学 2016
[4]材料摩擦性能对搅拌摩擦焊接头温度及焊缝成形的影响[D]. 朱蕾.南昌航空大学 2015
[5]微量元素对Cu-Zr-（Cr）系合金时效组织与性能的影响研究[D]. 李明宇.大连理工大学 2015
[6]Cu-Cr-Zr合金摩擦焊工艺及接头组织与性能研究[D]. 牛文明.江苏科技大学 2014
[7]TiC0.5/Cu（Al）复合材料的制备及耐磨性研究[D]. 刘晓涵.北京交通大学 2014
[8]Ti、Nb、Co和Zr对高温合金25Cr37Ni0.6Nb组织和性能的影响[D]. 陈道凤.上海交通大学 2014
[9]超高纯Cu-Mn合金轧制与退火过程中微观组织与织构的研究[D]. 骆冬智.重庆大学 2013
[10]Cu-Cr-Zr合金的搅拌摩擦焊及焊后热处理工艺对焊缝性能的影响研究[D]. 赖瑞林.中南大学 2013
本文编号：3029423
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