異種金屬慣性摩擦焊接界面約束與接頭質(zhì)量的關(guān)系研究.pdf

1、渦輪增壓器渦輪和轉(zhuǎn)軸焊接件在實(shí)際工作過(guò)程中，主要承受扭矩，對(duì)邊緣處焊接質(zhì)量要求較高。而慣性摩擦焊接同尺寸的實(shí)心軸高溫合金 K418和合金鋼40CrNiMoA時(shí)會(huì)存在界面溫度分布不均勻、能量流失嚴(yán)重、邊緣處焊接質(zhì)量差等缺陷，僅通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)是無(wú)法克服上述缺陷的。因此，設(shè)計(jì)一種合理的界面結(jié)構(gòu)形式來(lái)最大程度地提升接頭邊緣處結(jié)合質(zhì)量在實(shí)際應(yīng)用中是非常迫切的。目前采用界面約束來(lái)阻礙接頭邊緣處熱塑性材料向外溢出的新方法還未有專家和學(xué)者進(jìn)行深入研究

2、。故本文基于界面約束法，設(shè)計(jì)出平面約束方案和臺(tái)階約束方案，其中，每種方案都適當(dāng)加大轉(zhuǎn)軸40CrNiMoA的直徑，對(duì)界面外緣處進(jìn)行淺約束，來(lái)研究其對(duì)接頭邊緣部區(qū)域的微觀組織、塑性流動(dòng)和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，在相同工藝參數(shù)下，對(duì)于平面約束方案和臺(tái)階約束方案焊接接頭，隨著界面約束的增加，其軸向燒損量逐漸降低，且臺(tái)階約束方案降低幅度較大；焊縫線曲線形貌越來(lái)越彎曲，材料間結(jié)合面積增大，咬合程度增強(qiáng)，有助于提高焊接質(zhì)量；接觸界面兩側(cè)DRX寬

3、度逐漸增加，其 K418側(cè)晶粒越來(lái)越精細(xì)，40CrNiMoA合金鋼側(cè)馬氏體含量不斷升高，元素?cái)U(kuò)散量不斷增加，有利于界面間的冶金結(jié)合；顯微硬度變化趨勢(shì)較為相似，40CrNiMoA側(cè)DRX和TMAZ顯微硬度值整體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中臺(tái)階約束方案接頭上升幅度大，且數(shù)值整體上較高，顯微硬度最高值點(diǎn)位于40CrNiMoA側(cè)DRX和TMAZ交界處附近；其邊緣區(qū)域拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且臺(tái)階約束方案接頭邊緣區(qū)域拉伸強(qiáng)度值略高，同時(shí)平面約束方案芯部區(qū)域

4、的拉伸強(qiáng)度則相應(yīng)逐漸降低。
　　本文基于有限元法，采用Johnson&Cook模型作為40CrNiMoA合金鋼的本構(gòu)模型，建立了熱、力多物理場(chǎng)耦合的慣性摩擦焊接模型，來(lái)模擬焊接過(guò)程。其軸向燒損量和實(shí)際燒損量誤差率最高不超過(guò)8％，在合理誤差范圍內(nèi)，說(shuō)明選取的Johnson&Cook模型是正確的，模擬結(jié)果是準(zhǔn)確可行的。模擬結(jié)果表明：隨著界面約束的增加，平面約束方案接頭頂鍛前界面峰值溫度不斷下降，頂鍛瞬間界面峰值溫度基本保持一定值不變，