線性摩擦焊過(guò)程中的原子擴(kuò)散及缺陷演化動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、線性摩擦焊接是一種高效的固相連接方法，在整體葉盤制造等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。線性摩擦焊過(guò)程是一個(gè)伴隨著力、熱和冶金現(xiàn)象的復(fù)雜過(guò)程，目前在實(shí)驗(yàn)上對(duì)線性摩擦焊已有大量的研究，但線性摩擦焊過(guò)程十分復(fù)雜，很多物理現(xiàn)象和機(jī)制很難通過(guò)目前實(shí)驗(yàn)手段直接觀測(cè)和分析，很多現(xiàn)象和機(jī)制需要從微觀的角度分析。對(duì)線性摩擦焊數(shù)值模擬方面的研究目前大多針對(duì)的是連續(xù)體，然而很多物理過(guò)程如原子擴(kuò)散等是離散的。因此，從原子尺度對(duì)線性摩擦焊過(guò)程進(jìn)行分析非常有必要。
　

2、　本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法，從原子尺度對(duì)線性摩擦焊過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，建立了 Ni-Al線性摩擦焊的分子動(dòng)力學(xué)模型，包括摩擦階段和頂鍛階段，研究了不同工藝參數(shù)對(duì)擴(kuò)散層的影響，結(jié)果表明，提高頂鍛壓力和摩擦速度對(duì)總的擴(kuò)散層厚度的增加都有促進(jìn)作用，摩擦速度主要對(duì)摩擦階段生成的擴(kuò)散層有較大影響，而頂鍛階段生成的擴(kuò)散層主要受頂鍛壓力的影響。
　　基于此模型，我們研究了表面粗糙度對(duì)線性摩擦焊過(guò)程的影響。研究結(jié)果表明，粗糙表面在摩擦過(guò)程中逐漸消失，

3、較硬材料表面粗糙時(shí)會(huì)對(duì)焊后界面組織的成分和結(jié)構(gòu)造成影響，較軟材料的粗糙表面對(duì)焊后界面組織影響不大。通過(guò)模擬，我們得出當(dāng)表面粗糙時(shí)，線性摩擦焊的過(guò)程主要分為三個(gè)步驟，首先是兩側(cè)材料相互靠近并逐漸接觸，在頂鍛力和摩擦力的作用下開(kāi)始摩擦階段，較軟材料(Al)開(kāi)始變形，以便使兩側(cè)材料有更大的接觸面積。然后隨著摩擦的進(jìn)行，較軟材料(Al)變形越來(lái)越大，使兩側(cè)材料的界面達(dá)到完全緊密的接觸。最后，在兩端施加頂鍛力，完成焊接。
　　此外，我們還研

4、究了線性摩擦焊過(guò)程中的孔洞彌合規(guī)律。在Ni和Al兩側(cè)分別預(yù)置孔洞，為了考慮界面處擴(kuò)散層對(duì)孔洞的影響，分別考慮孔洞離界面較近和較遠(yuǎn)的情況，模擬結(jié)果表明，當(dāng)孔洞離界面較近時(shí)，孔洞可以在焊接過(guò)程中彌合，Al側(cè)孔洞在摩擦階段彌合，Ni側(cè)孔洞在頂鍛階段彌合；當(dāng)孔洞彌合時(shí)，都是從靠近界面的方向開(kāi)始彌合。當(dāng)孔洞離界面較遠(yuǎn)時(shí)，Al側(cè)孔洞可以在頂鍛階段完全彌合，而Ni側(cè)孔洞不能彌合，
　　最后，本文建立了線性摩擦焊的有限元模擬模型，提出了線性摩擦焊