異種金屬材料7A04鋁-T2紫銅慣性徑向摩擦焊接工藝及機理研究.pdf

1、鋁銅金屬材料在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，然而由于兩種材料的化學成分、機械性能及熔點的差異，鋁-銅異種金屬的焊接一直是材料學科中的難點。慣性徑向摩擦焊接是利用摩擦產(chǎn)熱來實現(xiàn)材料的固相連接技術(shù)，對于異種金屬材料的焊接有壓倒性的優(yōu)勢。因此，本文針對7A04鋁棒和T2紫銅環(huán)異種金屬材料，采用慣性徑向摩擦焊接方法探索性的對其可行性進行研究。然而，目前關(guān)于鋁-銅異種金屬材料摩擦焊接的相關(guān)研究較少。本文通過實驗的方法，對實驗所得摩擦焊接頭的宏觀形貌

2、進行分析，利用光學顯微鏡和掃描電鏡對接頭微觀組織進行觀察，對接頭的顯微硬度和剪切強度進行測試。分析結(jié)果表明：采用慣性徑向摩擦焊接方法來焊接7A04鋁和T2紫銅異種金屬材料是可行的。當最高轉(zhuǎn)速為4100r/min，預摩擦轉(zhuǎn)速和摩擦轉(zhuǎn)速為4000r/min，頂鍛轉(zhuǎn)速為2000r/min，頂鍛壓力和摩擦壓力分別為8.0MPa和4.0MPa時，接頭質(zhì)量最穩(wěn)定且最佳，接頭界面產(chǎn)生塑性變形層、動態(tài)再結(jié)晶、元素擴散互溶，實現(xiàn)了冶金結(jié)合。接頭焊縫包含3

3、個區(qū)域：細晶粒區(qū)（Ⅰ區(qū)，F(xiàn)GZ）、過渡區(qū)（Ⅱ區(qū)，TZ）及熱影響區(qū)（Ⅲ區(qū)，HAZ）；FGZ和HAZ為圓形顆粒狀晶粒，F(xiàn)GZ晶粒尺寸細小，HAZ晶粒粗大，大于母材；TZ晶粒呈細長狀，尺寸大小不一，平均晶粒尺寸介于細晶粒區(qū)和母材區(qū)之間。顯微硬度和剪切強度測試結(jié)果與宏觀和微觀分析結(jié)果吻合。
　　本文還對摩擦焊中飛邊形成機理進行了分析，提出了飛邊效應(yīng)，并分析了工藝參數(shù)對接頭質(zhì)量的影響規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飛邊形成機理就是在徑向力的切向分力與摩擦力

4、的合力作用下，導致材料向合力方向流動，并且合力越大的地方流動速度及材料流動量越大，從而形成飛邊。焊接之前必須除去鋁材表面的氧化膜，文中以產(chǎn)生飛邊的形式將其擠出，飛邊多少的表現(xiàn)形式為燒損量的大小，本文中最佳燒損量值范圍：3.0-3.5mm之間。頂鍛壓力和摩擦壓力對燒損量大小起著決定性的作用；摩擦壓力與燒損量呈正相關(guān)關(guān)系，即摩擦壓力越大，燒損越高；摩擦壓力越小，燒損越低。摩擦壓力對焊接接頭質(zhì)量有很大影響，在摩擦壓力值大于4MPa時，形成的焊