Cu/Al爆炸冲击界面连接及拉伸与切削性能的分子动力学模拟
发布时间：2021-07-18 11:51
基于分子动力学方法,从微观角度揭示Cu/Al焊接点处的瞬时爆炸焊接过程,研究纳米焊接件接头处的力学特性及切削加工性能。结果表明:铝、铜板互相碰撞后动能转化为内能,异种原子间互相熔合渗透形成接头;焊接件拉伸时弹性模量介于单晶铝和单晶铜之间,抗拉强度为6.89 GPa,这一值大于宏观实验结果,但所对应的应变率10.67%与实验中的11%接近;在接头区域附近,位错与无序晶格的相互作用造成了塑性变形阶段的应力强化,使得拉伸应力值大于两种单晶;这一强化机制也体现在刀具切削接头区域时的平均切削力大于单晶铜、铝的平均值,与实验结果相一致;无序晶格区严重的位错形核有利于位错产生且沿与切削方向呈45°传播,传播时的塞积导致切削加工硬化效应。
【文章来源】：航空材料学报. 2017,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
爆炸焊接过程及其接触点微观模型(a)爆炸焊接过程;(b)α点处纳米微观模型
第5期Cu/Al爆炸冲击界面连接及拉伸与切削性能的分子动力学模拟同作用而形成。图2爆炸焊接后Cu/Al界面区域原子扩散示意图Fig．2DiagramofatomicdiffusionattheCu/Alinterfaceareaaftercollisionwelding(a)372℃，3×103fs;(b)589℃，20×103fs图3扫描电镜下Cu/Al界面区域微观组织Fig．3MicrostructureofCu/AlinterfaceregionunderSEM2．2连接件的拉伸力学特性对冷却稳定后形成的连接件接头，设置系统初始温度20℃，对铜板加载层施加沿z向速率为0．015nm/ps的拉伸载荷，约束铝板固定层位移。当拉伸开始后，铝板靠近界面的部分最先出现颈缩，而Cu/Al连接处并没有发生分离，基板和复板的焊接性能良好;随着拉伸的继续进行，最先出现颈缩的部分被拉断，界面的连接处并没有被撕裂。图4(a)，(b)分别显示了拉伸应变率为12．47%和38．54%时界面附近区域的变形情况，这一断裂情况与倪梁图4Cu/Al焊接件拉伸过程仿真Fig．4TensilesimulationtestsofCu/Alweldment(a)ε=12．47%;(b)ε=38．54%华使用万能试验机所做的拉伸断裂实验相一致，其结果表明随着拉伸的进行铝基体最先被撕裂，而界面处保持完整［18］。输出连接件接头的拉伸曲线，同时与相同尺寸的单晶铜、铝件进行拉伸仿真对照，如图5所示。单晶铜、铝的拉伸曲线在开始弹性变形阶段近似直线上升，抗拉强度分别达到9．53GPa，8．4GPa后经过短暂的强化阶段快速下降进入塑性变形阶段。对于Cu/Al焊接头，弹性变形阶段的曲线斜率介于两种单晶之间，弹性模量为64．56GPa;当拉伸应变ε达到10．67%时，应力值达到抗拉强度6．89GPa，小于单晶铜和铝的抗拉强度，接着应力值下降;但在短暂的下降后曲线又有所上升，这是因为塑性变形阶段产生的位错在传播过程中遇到无序晶格出现
第5期Cu/Al爆炸冲击界面连接及拉伸与切削性能的分子动力学模拟同作用而形成。图2爆炸焊接后Cu/Al界面区域原子扩散示意图Fig．2DiagramofatomicdiffusionattheCu/Alinterfaceareaaftercollisionwelding(a)372℃，3×103fs;(b)589℃，20×103fs图3扫描电镜下Cu/Al界面区域微观组织Fig．3MicrostructureofCu/AlinterfaceregionunderSEM2．2连接件的拉伸力学特性对冷却稳定后形成的连接件接头，设置系统初始温度20℃，对铜板加载层施加沿z向速率为0．015nm/ps的拉伸载荷，约束铝板固定层位移。当拉伸开始后，铝板靠近界面的部分最先出现颈缩，而Cu/Al连接处并没有发生分离，基板和复板的焊接性能良好;随着拉伸的继续进行，最先出现颈缩的部分被拉断，界面的连接处并没有被撕裂。图4(a)，(b)分别显示了拉伸应变率为12．47%和38．54%时界面附近区域的变形情况，这一断裂情况与倪梁图4Cu/Al焊接件拉伸过程仿真Fig．4TensilesimulationtestsofCu/Alweldment(a)ε=12．47%;(b)ε=38．54%华使用万能试验机所做的拉伸断裂实验相一致，其结果表明随着拉伸的进行铝基体最先被撕裂，而界面处保持完整［18］。输出连接件接头的拉伸曲线，同时与相同尺寸的单晶铜、铝件进行拉伸仿真对照，如图5所示。单晶铜、铝的拉伸曲线在开始弹性变形阶段近似直线上升，抗拉强度分别达到9．53GPa，8．4GPa后经过短暂的强化阶段快速下降进入塑性变形阶段。对于Cu/Al焊接头，弹性变形阶段的曲线斜率介于两种单晶之间，弹性模量为64．56GPa;当拉伸应变ε达到10．67%时，应力值达到抗拉强度6．89GPa，小于单晶铜和铝的抗拉强度，接着应力值下降;但在短暂的下降后曲线又有所上升，这是因为塑性变形阶段产生的位错在传播过程中遇到无序晶格出现
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜/铝复合材料的固-液复合法制备及其界面结合机理[J]. 张红安,陈刚. 中国有色金属学报. 2008(03)
硕士论文
[1]铜铝爆炸复合材料界面及性能分析[D]. 倪梁华.江苏科技大学 2015
[2]线性摩擦焊过程中的原子扩散及缺陷演化动力学模拟[D]. 矫震.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3289523
【文章来源】：航空材料学报. 2017,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
爆炸焊接过程及其接触点微观模型(a)爆炸焊接过程;(b)α点处纳米微观模型
第5期Cu/Al爆炸冲击界面连接及拉伸与切削性能的分子动力学模拟同作用而形成。图2爆炸焊接后Cu/Al界面区域原子扩散示意图Fig．2DiagramofatomicdiffusionattheCu/Alinterfaceareaaftercollisionwelding(a)372℃，3×103fs;(b)589℃，20×103fs图3扫描电镜下Cu/Al界面区域微观组织Fig．3MicrostructureofCu/AlinterfaceregionunderSEM2．2连接件的拉伸力学特性对冷却稳定后形成的连接件接头，设置系统初始温度20℃，对铜板加载层施加沿z向速率为0．015nm/ps的拉伸载荷，约束铝板固定层位移。当拉伸开始后，铝板靠近界面的部分最先出现颈缩，而Cu/Al连接处并没有发生分离，基板和复板的焊接性能良好;随着拉伸的继续进行，最先出现颈缩的部分被拉断，界面的连接处并没有被撕裂。图4(a)，(b)分别显示了拉伸应变率为12．47%和38．54%时界面附近区域的变形情况，这一断裂情况与倪梁图4Cu/Al焊接件拉伸过程仿真Fig．4TensilesimulationtestsofCu/Alweldment(a)ε=12．47%;(b)ε=38．54%华使用万能试验机所做的拉伸断裂实验相一致，其结果表明随着拉伸的进行铝基体最先被撕裂，而界面处保持完整［18］。输出连接件接头的拉伸曲线，同时与相同尺寸的单晶铜、铝件进行拉伸仿真对照，如图5所示。单晶铜、铝的拉伸曲线在开始弹性变形阶段近似直线上升，抗拉强度分别达到9．53GPa，8．4GPa后经过短暂的强化阶段快速下降进入塑性变形阶段。对于Cu/Al焊接头，弹性变形阶段的曲线斜率介于两种单晶之间，弹性模量为64．56GPa;当拉伸应变ε达到10．67%时，应力值达到抗拉强度6．89GPa，小于单晶铜和铝的抗拉强度，接着应力值下降;但在短暂的下降后曲线又有所上升，这是因为塑性变形阶段产生的位错在传播过程中遇到无序晶格出现
第5期Cu/Al爆炸冲击界面连接及拉伸与切削性能的分子动力学模拟同作用而形成。图2爆炸焊接后Cu/Al界面区域原子扩散示意图Fig．2DiagramofatomicdiffusionattheCu/Alinterfaceareaaftercollisionwelding(a)372℃，3×103fs;(b)589℃，20×103fs图3扫描电镜下Cu/Al界面区域微观组织Fig．3MicrostructureofCu/AlinterfaceregionunderSEM2．2连接件的拉伸力学特性对冷却稳定后形成的连接件接头，设置系统初始温度20℃，对铜板加载层施加沿z向速率为0．015nm/ps的拉伸载荷，约束铝板固定层位移。当拉伸开始后，铝板靠近界面的部分最先出现颈缩，而Cu/Al连接处并没有发生分离，基板和复板的焊接性能良好;随着拉伸的继续进行，最先出现颈缩的部分被拉断，界面的连接处并没有被撕裂。图4(a)，(b)分别显示了拉伸应变率为12．47%和38．54%时界面附近区域的变形情况，这一断裂情况与倪梁图4Cu/Al焊接件拉伸过程仿真Fig．4TensilesimulationtestsofCu/Alweldment(a)ε=12．47%;(b)ε=38．54%华使用万能试验机所做的拉伸断裂实验相一致，其结果表明随着拉伸的进行铝基体最先被撕裂，而界面处保持完整［18］。输出连接件接头的拉伸曲线，同时与相同尺寸的单晶铜、铝件进行拉伸仿真对照，如图5所示。单晶铜、铝的拉伸曲线在开始弹性变形阶段近似直线上升，抗拉强度分别达到9．53GPa，8．4GPa后经过短暂的强化阶段快速下降进入塑性变形阶段。对于Cu/Al焊接头，弹性变形阶段的曲线斜率介于两种单晶之间，弹性模量为64．56GPa;当拉伸应变ε达到10．67%时，应力值达到抗拉强度6．89GPa，小于单晶铜和铝的抗拉强度，接着应力值下降;但在短暂的下降后曲线又有所上升，这是因为塑性变形阶段产生的位错在传播过程中遇到无序晶格出现
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜/铝复合材料的固-液复合法制备及其界面结合机理[J]. 张红安,陈刚. 中国有色金属学报. 2008(03)
硕士论文
[1]铜铝爆炸复合材料界面及性能分析[D]. 倪梁华.江苏科技大学 2015
[2]线性摩擦焊过程中的原子扩散及缺陷演化动力学模拟[D]. 矫震.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3289523
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