鋁-鋼攪拌摩擦搭接接頭力學(xué)性能及組織特征研究.pdf

1、鋁合金因具有密度低、比強度高等優(yōu)點開始逐漸取代部分鋼材而應(yīng)用于汽車工業(yè)中。因此，有必要獲得可靠的鋁/鋼接頭來滿足汽車工業(yè)的需要。但是鋁和鋼之間熱物理性質(zhì)存在極大的差異，同時鋁和鐵之間極易生成硬脆的金屬間化合物，嚴(yán)重影響接頭的可靠性。近年來，利用攪拌摩擦焊實現(xiàn)鋁和鋼的固相連接已經(jīng)成為研究的熱點。本文利用攪拌摩擦焊實現(xiàn)6082-T6鋁合金和QSTE-340TM鋼的搭接，并就其微觀組織、接頭力學(xué)性能及界面區(qū)的金屬間化合物進行分析，揭示了鋁/鋼

2、搭接接頭的力學(xué)性能與微觀組織和金屬間化合物之間的對應(yīng)關(guān)系，并提出了利用雙道焊和研制新型攪拌頭提高鋁/鋼搭接接頭力學(xué)性能的方法。
　　首先分別利用攪拌針長為2.9 mm、3.1 mm及3.3 mm攪拌頭進行焊接，在焊接參數(shù)為轉(zhuǎn)速1000 r/min，焊接速度100 mm/min，下壓量0.2 mm，傾斜角2.5°時，接頭表面成形均良好，不存在飛邊缺陷。攪拌針的長度對接頭的力學(xué)性能有顯著的影響。當(dāng)針長為3.1 mm時接頭的最大拉剪載荷

3、達到5233N，當(dāng)針長為2.9 mm及3.3 mm時接頭的最大拉剪載荷僅為3000 N～4000 N,斷裂位置均在鋁/鋼界面處，呈現(xiàn)解理斷裂。分析認(rèn)為：界面處的有效承載面積及界面處的顯微結(jié)構(gòu)尤其是金屬間化合物決定著鋁/鋼搭接接頭的承載能力。針長為2.9 mm時，接頭的界面處金屬間化合物層厚底較小，Al和Fe元素過渡陡峭，同時接頭的有效結(jié)合面積較??；針長為3.3 mm時，界面區(qū)出現(xiàn)了較厚的金屬間化合物層和鋼屑夾雜物等缺陷，影響接頭的承載能

4、力。
　　對接頭的顯微組織分析，除了焊核區(qū)、熱機影響區(qū)和熱影響區(qū)外，接頭還存在鋁/鋼的界面區(qū)和鋼側(cè)細(xì)晶區(qū)，界面區(qū)中呈現(xiàn)出鉤狀結(jié)構(gòu)、疊層組織及夾雜物等特征，鉤狀結(jié)構(gòu)和夾雜物均為鋼，疊層組織為FeAl3-FeAl-Fe的復(fù)合結(jié)構(gòu)，同時對接頭界面區(qū)進行能譜分析發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了FeAl3、FeAl及Fe3Al等硬脆的金屬間化合物，這些金屬間化合物的存在致使界面區(qū)成為接頭中最薄弱的部位。在鋼側(cè)細(xì)晶區(qū)，由于攪拌針的劇烈攪動和擠壓的作用下，晶粒發(fā)生破

5、碎、拉伸和扭轉(zhuǎn)，部分晶粒發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象，晶粒得到了明顯的細(xì)化而呈現(xiàn)出等軸狀。同時，可以發(fā)現(xiàn)隨著與攪拌針壓入深度的增加，晶粒細(xì)化程度明顯減小，其硬度分布與組織相對應(yīng)。
　　針對上述現(xiàn)象提出了利用雙道焊實現(xiàn)鋁/鋼搭接的方法，雙道焊接頭的焊核區(qū)相互重疊，產(chǎn)生了交互作用區(qū)；同時界面組織形貌也發(fā)生了明顯的變化，兩道焊縫的界面區(qū)并未重疊，界面區(qū)鉤狀結(jié)構(gòu)、夾雜物以及疊層組織明顯減小。力學(xué)性能分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)偏移距離分別為5.8 mm和8.0 m