叠层复合装甲铝合金7B52搅拌摩擦焊接研究

发布时间：2020-04-22 17:44

【摘要】：铝合金叠层复合材料(ALC)是由两种或两种以上的不同铝合金通过轧制、铸造等工艺,在界面上实现冶金结合而制成。与传统铝合金相比,这种铝合金叠层复合材料在强度、韧性和抗冲击性等方面都具有优势。但采用熔化焊时,铝合金叠层复合材料和传统铝合金一样,容易出现气孔、裂纹等缺陷,并产生较大残余应力和残余变形。搅拌摩擦焊可以有效避免熔化焊产生的许多缺陷,但对铝合金叠层复合材料的搅拌摩擦焊研究刚刚起步。本论文分别对12 mm厚与16 mm厚的7B52铝合金叠层复合材料进行搅拌摩擦焊对接试验。对实验后得到的焊接接头,采用光学显微镜和扫描电镜对其显微组织和叠层结构进行研究,以此为基础探究焊接过程中的材料流动。通过试验分析搅拌摩擦焊接头的拉伸性能、抗冲击性能和显微维氏硬度,并分析拉伸与冲击试验断口以探究搅拌摩擦焊对7B52铝合金叠层复合材料断裂机制的影响。试验通过探究合理的焊接工艺参数,获得了无缺陷的焊缝,12mm厚板材焊接接头抗拉强度达到母材的70.5%,,最大硬度值超过母材的90%,冲击吸收功比母材高41.1%。16mm厚板材焊接接头抗拉强度达到母材的68.6%。本研究证明了搅拌摩擦焊是焊接铝合金叠层复合材料的一种有效方法。在焊核区的前进侧观察到特殊的鳞片状形貌。经过分析得出鳞片的形状是由搅拌摩擦焊典型的洋葱环形貌和材料横向流动产生的条状形貌相互叠加产生的。通过分析焊缝的显微组织,对洋葱环的形成提出了新的猜想,并提出新的材料流动理论。焊缝前进侧焊核区的第二层与第三层之间的区域处,第二层母材、第三层母材和层间材料交替分布,形成无数个界面。这是焊缝中强度最低的位置。拉伸试验的裂纹在这里萌生。焊接改善了母材的显微组织,大大提高了 7B52叠层复合材料的冲击韧性。这对这种结构材料的应用具有非常显著的意义。
【图文】：

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图１．２技术路线逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｒｏａｄｍａｐ逡逑

叠层复合材料,铝合金,结构示意图

它们的叠层结构也不相同。逡逑１２邋ｍｍ厚的７Ｂ５２销合金叠层复合材料的板材尺寸为１２邋ｍｍ邋ｘ邋１５０邋ｍｍ邋ｘ邋５００邋ｍｍ。逡逑这种复合板由两种７ｘｘｘ系铝合金板材通过轧制复合而成，它的叠层结构如图２．１所示。逡逑第一层（Ｌ１）和第二层铝合金（Ｌ２）是７Ａ５２铝合金，，合金成分如表２．１所示。７Ａ５２铝逡逑ａ逦Ｌ１邋ｂ邋｜＾＝＝＝＝＾Ｅ＝Ｅ＝Ｅ＝＾Ｌ１逡逑ａ）邋１２邋ｍｍ三层７Ｂ５２铝合金叠层复合材料邋ｂ）邋１６邋ｍｍ双层７Ｂ５２铝合金叠层复合材料逡逑ａ）邋３－ｌａｙｅｒ邋７Ｂ５２邋ＡＬＣ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ邋ｏｆ邋１２邋ｍｍ逦ｂ）邋２－ｌａｙｅｒ邋７Ｂ５２邋ＡＬＣ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ邋ｏｆ邋１６邋ｍｍ逡逑图２．１逦７Ｂ５２铝合金叠层复合材料结构示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｌａｍｉｎａｔｅｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋７Ｂ５２邋ＡＬＣ逡逑表２．１邋７Ａ５２锅合金化学成分逡逑Ｔａｂ．邋２．１邋Ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋（ｗｔ邋％）邋ｏｆ邋７Ａ５２邋ａｌｕｍｉｎｕｍ邋ａｌｌｏｙ逡逑成分逦Ｚｎ逦Ｍｇ逦Ｍｎ逦Ｃｕ逦Ｔｉ逦Ｃｒ逦Ａ１逡逑百分含量逦４．３邋？４．５逦２．３－２．５逦０．３邋？０．４逦０．１－０．２逦０．０５？０．１０邋０．１５邋？０．２０逦Ｂａｌａｎｃｅ逡逑合金强度高、可焊性和抗弹性好，是一种中国自主研发的应用于装甲车辆上的结构材料。逡逑第三层铝合金（Ｌ３）是在７Ａ５２铝合金的基础上通过改变合金元素的成分而制成的强度逡逑更高的铝合金
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG453.9

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