压力连接界面空洞演化模型研究

发布时间：2018-02-16 17:51

  本文关键词： 压力连接 空洞 动力学条件 模型 钛合金　出处：《西北工业大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：压力连接是指两个相互接触的表面在高温和一定的压力的作用下,经过一定的时间形成能达到母材组织和性能的牢固接头的先进连接方法。压力连接技术能够实现多点、空心以及大面积构件的连接,成为航天、航空、汽车、能源等领域迫切需要发展的连接技术。压力连接接头质量主要取决于连接界面上空洞的闭合程度,消除界面空洞是获得高质量压力连接接头最重要的步骤。然而在工程应用中压力连接工艺参数的选取通常依赖于试验和经验,这既会浪费大量的人力物力,又容易带来较大的误差。由此可见,有效地预测连接件在给定的连接工艺参数下的连接界面空洞闭合程度变得十分重要。为此,本文通过建立压力连接界面三维空洞演化模型,预测压力连接过程中的界面空洞演化过程。主要研究内容及结果如下:本文基于局部塑性流动机制、粘塑性流动机制、表面源扩散机制以及界面源扩散机制,建立三维空洞演化理论模型来预测压力连接界面空洞演化过程。本文模型在描述空洞演化过程时,将其分为两个阶段:在第一阶段,由表面加工引起的表面凸起在局部塑性流动机制的作用下被压平而形成连接界面上孤立的界面空洞;在第二阶段,界面空洞的尺寸在粘塑性流动机制、界面源扩散机制以及表面源扩散机制的共同作用下逐渐减小。本文模型确定了作用于界面空洞演化的机制的动力学条件,并基于各动力学条件考虑各个机制对界面空洞演化的影响。此外,本模型考虑了压力连接过程中由粘塑性流动机制引起的连接试样的宏观变形对空洞演化的影响,并分析了应力状态对空洞演化的影响。研究结果表明:当连接试样受到外加压应力时,界面空洞体积逐渐减小,但是界面空洞的半径值与高度值的变化依赖于半径方向与高度方向所施加的外加应力的比值。最后,通过一系列的TC4合金的压力连接实验来验证建立的压力连接界面三维空洞演化模型的准确性与可靠性。实验测得的界面连接率的值与经本文模型计算得到的界面连接率的值吻合较好,表明了本文的三维空洞演化模型能准确地描述压力连接界面空洞演化过程。
[Abstract]:Pressure bonding is the advanced method of connecting two contact surfaces under the action of high temperature and certain pressure, which can achieve the structure and properties of the base metal over a certain period of time. The connection of hollow and large area components is an urgent need to be developed in the fields of aerospace, aviation, automobile, energy and so on. The quality of pressure joint depends mainly on the degree of closure of the cavity in the interface. Eliminating interface voids is the most important step to obtain high quality pressure connection joints. However, in engineering applications, the selection of process parameters usually depends on experiments and experience, which will waste a lot of manpower and material resources. It can be seen that it is very important to predict the cavity closure of the connection interface effectively under the given connection parameters. In this paper, the three-dimensional cavity evolution model of the pressure connection interface is established. The main research contents and results are as follows: based on local plastic flow mechanism, viscoplastic flow mechanism, surface source diffusion mechanism and interface source diffusion mechanism, A three-dimensional cavitation evolution model is established to predict the evolution of voids in the interface of pressure connections. In this paper, the voids evolution process is described in two stages: in the first stage, The surface bulge caused by surface processing is flattened under the action of local plastic flow mechanism to form an isolated interfacial cavity on the interface; in the second stage, the size of the interface cavity is in the visco-plastic flow mechanism. The interfacial source diffusion mechanism and the surface source diffusion mechanism decrease gradually. The kinetic conditions of the mechanism acting on the evolution of the interface voids are determined in this paper. The influence of various mechanisms on the evolution of interface voids is considered based on various dynamic conditions. In addition, the effect of macroscopic deformation on the evolution of voids caused by viscoplastic flow mechanism in the process of pressure bonding is considered in this model. The effect of stress state on the evolution of voids is analyzed. The results show that the volume of interfacial voids decreases gradually when the bonding specimens are subjected to compressive stress. But the variation of the radius value and height value of the interface cavity depends on the ratio of the applied stress in the radius direction to the height direction. Finally, The accuracy and reliability of the three dimensional cavity evolution model of the pressure connection interface are verified by a series of pressure bonding experiments of TC4 alloy. The values of the interface connection ratio measured by the experiment and the interface calculated by the present model are obtained. The value of the connection rate matches well. It is shown that the three dimensional cavity evolution model in this paper can accurately describe the evolution process of voids in the interface of pressure connection.
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG301

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本文编号：1516092