镁钛异种材料惯性摩擦焊接头组织及性能
发布时间:2021-06-28 13:35
镁合金与钛合金作为典型的轻量化金属材料,在航天航空及路面交通工具等领域具有广阔应用前景。在实际的工程应用中,为了使结构或者部件更好的发挥各自的材料优势,往往需要将二者焊接成一体以获得最优的服役性能,因此镁和钛焊接具有重要的工程意义。但镁钛两种元素互溶度低且不形成化合物,熔点相差大等差异,使得两种连接存在着困难。为此,本课题采用惯性摩擦焊方法对镁合金(ZK60镁合金和AZ系镁合金)与纯钛进行了焊接研究,主要结论如下:(1)在惯性摩擦焊接中,ZK60镁合金侧的元素Mg,Zr和Zn通过焊接界面迁移到钛侧,在焊缝处形成了一层薄的反应层。接头的断裂位置发生在焊接界面处,以脆性断裂特征为主。在摩擦压力采用15MPa-60MPa中,摩擦压力为60MPa时,焊接接头的抗拉强度达到最大值,为177MPa,即ZK60镁合金母材的58%。在接头界面处,ZK60侧的最高显微硬度为105HV,而Ti侧达到239HV。在摩擦压力较低时,界面靠镁一侧的硬度最大,摩擦压力较高时,硬度有所降低,但仍然高于母材。(2)在焊接过程中,AZ系镁合金侧的元素Mg,Al和Zn会向钛侧迁移,并且在焊缝处形成了一层薄的反应层。接头的...
【文章来源】:重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:67 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
Mg-Ti二元相图
重庆大学硕士学位论文1绪论7①焊接质量高。摩擦焊属于固态,可避免熔化焊中产生的某些缺陷,而且在轴向压力作用下接头发生一些力学冶金效应,如晶粒细化、组织致密、夹杂物弥散分布,随着飞边形成,界面夹杂会被挤出焊接界面,实现惯性摩擦焊的自清理作用。②焊接速度快,生产效率高。惯性摩擦焊升温过程时间较短,用时约十几秒。图1.2为惯性摩擦焊焊接循环示意图[50]。③尺寸精度高,可重复性好,易实现机械化。④无需填充材料。在惯性摩擦焊焊接过程中,是无法添加填充材料的,所以界面处的元素由连接的两种金属材料的成分所决定。要想通过改变焊接界面的元素成分来提高材料的连接强度可以通过在母材焊接端面镀一层金属来实现元素的调控,值得注意的是,此时两种材料的接触面材料发生变化,所以焊接参数要有所调整。⑤环境清洁。焊接时清洁不产生火花、飞溅及有害气体等对人体和环境有影响的污染[51]。⑥对焊接试样形状有要求。惯性摩擦焊在焊接试样时,焊接热量来源为两焊件间的相对旋转运动产生的摩擦热,所以在采用惯性摩擦焊焊接试样时一定程度上要求焊件为旋转体。⑦设备复杂,投资大。图1.2惯性摩擦焊焊接循环示意图[50]Fig.1.2Schematicdiagramofinertiafrictionweldingcycle[50]
重庆大学硕士学位论文2实验材料与方法92实验材料与方法2.1实验材料镁及镁合金是目前最轻的金属结构材料,在交通运输、航空、航天、航海等领域具有广阔的应用前景。目前,Ti及其合金最常用于航空航天和军事工业[14,15]。研究镁合金和钛合金的连接,对航空航天行业的发展起到至关重要的作用。2.1.1焊接材料本课题采用挤压态的ZK60、AZ31、Z61、AZ80镁合金与TA2纯钛,通过XRF测得其化学成分见表2.1,对母材进行拉伸,得到母材的强度分别是305MPa、263MPa、294MPa、316MPa、504MPa。表2.1ZK60、AZ31、Z61、AZ80镁合金和TA2纯钛化学成分(wt%)Table2.1ChemicalcompositionofZK60,AZ31,Z61,AZ80magnesiumalloyandTA2puretitanium(wt%)材料成分(%)MgAlZnMnZrTiFeAZ31Bal.3.440.940.27///AZ61Bal.6.940.880.27///AZ80Bal.8.910.500.24///ZK60Bal./5.02/0.48//TA2/////Bal.0.142.1.2焊接试样尺寸及预处理焊接材料的尺寸设计如下图2.1,采用形切割进行加工,在焊接前,会对材料表面进行焊前处理。首先采用砂纸进行打磨,然后用酒精对焊接界面进行清洗,以除去其表面的油污和其他杂质物等。图2.1试样的尺寸设计图Fig.2.1Dimensionaldesignofthesample
【参考文献】:
期刊论文
[1]惯性摩擦焊接头特性的研究现状[J]. 罗键,陈欢,刘姗姗. 焊接. 2017(01)
[2]基于Al元素界面调控的镁/钛激光熔钎焊接特性[J]. 檀财旺,张凯平,陈波,李俐群,冯吉才. 焊接学报. 2016(05)
[3]镁合金表面防腐研究的前沿进展[J]. 沈骏,龚福宝,张涛,游国强,何培培. 功能材料. 2014(17)
[4]镁和钛异种金属冷金属过渡焊接接头微观组织及力学性能的分析[J]. 王涛,曹睿,陈剑虹,李金梅. 机械工程学报. 2014(04)
[5]生物医用纯镁的腐蚀性能研究[J]. 李智,周世杰,赵炯. 热加工工艺. 2012(16)
[6]轴向压力对惯性摩擦焊的影响数值分析[J]. 王非凡,李文亚,陈亮,李京龙. 焊接学报. 2012(02)
[7]镁合金的特点及应用现状[J]. 屈伟平,高崧. 金属世界. 2011(02)
[8]GH4169高温合金惯性摩擦焊接头温度场分布及变化规律[J]. 卜文德,刘金合,徐韦锋,徐晓菱,吴玮. 航空制造技术. 2010(07)
[9]Ti17合金惯性摩擦焊接头力学性能与组织分析[J]. 许鸿吉,尹丽香,魏志宇,谢明,张田仓. 焊接学报. 2009(12)
[10]大型钛合金结构件激光直接制造的进展与挑战(邀请论文)[J]. 王华明,张述泉,王向明. 中国激光. 2009(12)
硕士论文
[1]基于Al合金化强化的Mg/Ti电阻点焊和激光熔钎焊研究[D]. 梅张强.湖北工业大学 2012
[2]纯镁丝材挤压与拉拔工艺优化及对生物腐蚀性能的影响[D]. 何雷星.哈尔滨工业大学 2010
[3]改良的酸—碱两步法纯钛表面生物活化[D]. 毛玉红.哈尔滨工业大学 2007
[4]热挤压对AZ91镁合金和SiCp/AZ91复合材料腐蚀行为的影响[D]. 吴丽娟.哈尔滨工业大学 2007
本文编号:3254417
【文章来源】:重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:67 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
Mg-Ti二元相图
重庆大学硕士学位论文1绪论7①焊接质量高。摩擦焊属于固态,可避免熔化焊中产生的某些缺陷,而且在轴向压力作用下接头发生一些力学冶金效应,如晶粒细化、组织致密、夹杂物弥散分布,随着飞边形成,界面夹杂会被挤出焊接界面,实现惯性摩擦焊的自清理作用。②焊接速度快,生产效率高。惯性摩擦焊升温过程时间较短,用时约十几秒。图1.2为惯性摩擦焊焊接循环示意图[50]。③尺寸精度高,可重复性好,易实现机械化。④无需填充材料。在惯性摩擦焊焊接过程中,是无法添加填充材料的,所以界面处的元素由连接的两种金属材料的成分所决定。要想通过改变焊接界面的元素成分来提高材料的连接强度可以通过在母材焊接端面镀一层金属来实现元素的调控,值得注意的是,此时两种材料的接触面材料发生变化,所以焊接参数要有所调整。⑤环境清洁。焊接时清洁不产生火花、飞溅及有害气体等对人体和环境有影响的污染[51]。⑥对焊接试样形状有要求。惯性摩擦焊在焊接试样时,焊接热量来源为两焊件间的相对旋转运动产生的摩擦热,所以在采用惯性摩擦焊焊接试样时一定程度上要求焊件为旋转体。⑦设备复杂,投资大。图1.2惯性摩擦焊焊接循环示意图[50]Fig.1.2Schematicdiagramofinertiafrictionweldingcycle[50]
重庆大学硕士学位论文2实验材料与方法92实验材料与方法2.1实验材料镁及镁合金是目前最轻的金属结构材料,在交通运输、航空、航天、航海等领域具有广阔的应用前景。目前,Ti及其合金最常用于航空航天和军事工业[14,15]。研究镁合金和钛合金的连接,对航空航天行业的发展起到至关重要的作用。2.1.1焊接材料本课题采用挤压态的ZK60、AZ31、Z61、AZ80镁合金与TA2纯钛,通过XRF测得其化学成分见表2.1,对母材进行拉伸,得到母材的强度分别是305MPa、263MPa、294MPa、316MPa、504MPa。表2.1ZK60、AZ31、Z61、AZ80镁合金和TA2纯钛化学成分(wt%)Table2.1ChemicalcompositionofZK60,AZ31,Z61,AZ80magnesiumalloyandTA2puretitanium(wt%)材料成分(%)MgAlZnMnZrTiFeAZ31Bal.3.440.940.27///AZ61Bal.6.940.880.27///AZ80Bal.8.910.500.24///ZK60Bal./5.02/0.48//TA2/////Bal.0.142.1.2焊接试样尺寸及预处理焊接材料的尺寸设计如下图2.1,采用形切割进行加工,在焊接前,会对材料表面进行焊前处理。首先采用砂纸进行打磨,然后用酒精对焊接界面进行清洗,以除去其表面的油污和其他杂质物等。图2.1试样的尺寸设计图Fig.2.1Dimensionaldesignofthesample
【参考文献】:
期刊论文
[1]惯性摩擦焊接头特性的研究现状[J]. 罗键,陈欢,刘姗姗. 焊接. 2017(01)
[2]基于Al元素界面调控的镁/钛激光熔钎焊接特性[J]. 檀财旺,张凯平,陈波,李俐群,冯吉才. 焊接学报. 2016(05)
[3]镁合金表面防腐研究的前沿进展[J]. 沈骏,龚福宝,张涛,游国强,何培培. 功能材料. 2014(17)
[4]镁和钛异种金属冷金属过渡焊接接头微观组织及力学性能的分析[J]. 王涛,曹睿,陈剑虹,李金梅. 机械工程学报. 2014(04)
[5]生物医用纯镁的腐蚀性能研究[J]. 李智,周世杰,赵炯. 热加工工艺. 2012(16)
[6]轴向压力对惯性摩擦焊的影响数值分析[J]. 王非凡,李文亚,陈亮,李京龙. 焊接学报. 2012(02)
[7]镁合金的特点及应用现状[J]. 屈伟平,高崧. 金属世界. 2011(02)
[8]GH4169高温合金惯性摩擦焊接头温度场分布及变化规律[J]. 卜文德,刘金合,徐韦锋,徐晓菱,吴玮. 航空制造技术. 2010(07)
[9]Ti17合金惯性摩擦焊接头力学性能与组织分析[J]. 许鸿吉,尹丽香,魏志宇,谢明,张田仓. 焊接学报. 2009(12)
[10]大型钛合金结构件激光直接制造的进展与挑战(邀请论文)[J]. 王华明,张述泉,王向明. 中国激光. 2009(12)
硕士论文
[1]基于Al合金化强化的Mg/Ti电阻点焊和激光熔钎焊研究[D]. 梅张强.湖北工业大学 2012
[2]纯镁丝材挤压与拉拔工艺优化及对生物腐蚀性能的影响[D]. 何雷星.哈尔滨工业大学 2010
[3]改良的酸—碱两步法纯钛表面生物活化[D]. 毛玉红.哈尔滨工业大学 2007
[4]热挤压对AZ91镁合金和SiCp/AZ91复合材料腐蚀行为的影响[D]. 吴丽娟.哈尔滨工业大学 2007
本文编号:3254417
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