SiCp-6061Al基復(fù)合材料等離子弧原位焊接工藝與合金化機理研究.pdf

1、SiC顆粒增強鋁金屬基復(fù)合材料(簡稱siCp/Al基復(fù)合材料)具有比強度高、比模量高、膨脹系數(shù)低、耐磨性良好等優(yōu)異的綜合性能，在航天、航空結(jié)構(gòu)件、發(fā)動機耐熱和耐磨部件等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，成為當(dāng)今金屬基復(fù)合材料發(fā)展與研究的主流。然而由于SiCp/Al基復(fù)合材料的特殊組織結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其焊接性很差，難以形成高強度焊接接頭，成為該種材料走向?qū)嵱没膰?yán)重障礙，因此系統(tǒng)研究鋁基復(fù)合材料焊接性已迫在眉睫。 本文以Sicp/6061Al基復(fù)合

2、材料為研究對象，采用等離子弧焊接方法(以Ar+N<,2>為離子氣、Ar為保護氣)對其焊接工藝及合金化機理進行了系統(tǒng)的研究。利用金相顯微鏡掃描電鏡及x射線衍射分析儀等微觀分析手段研究了復(fù)合材料等離子弧焊接接頭微觀組織及成分變化，利用硬度試驗和拉伸試驗研究了等離子弧焊焊接接頭的力學(xué)性能。 研究發(fā)現(xiàn)，不加填充材料等離子弧焊接sicp/6061Al基復(fù)合材料時，焊縫中生成了大量脆性相Al<,4>c<,3>，此外，焊縫中還存在較多孔洞、氣

3、孔、未熔合等缺陷，從而降低了接頭的強度和綜合性能。 填加0.8mm鈦片進行等離子弧原位焊接，不僅抑制了脆性相的形成，而且在焊縫中形成了TiN、TiC等新的增強相，從而保證了焊接接頭的性能。力學(xué)性能試驗表明，不加填充材料焊接時，試樣拉伸強度僅為母材強度的31.24％，而加0.8mm厚鈦片焊接時，試樣強度則達到了母材強度的50.89％。對斷口進行分析表明，斷口主要表現(xiàn)為混合型脆性斷口。 以Ti-Si、Ti-Mg、Ti-Cu混

4、合粉末作為填充物質(zhì)對SiCp/6061Al復(fù)合材料進行等離子弧原位焊接，試驗結(jié)果表明，填充Ti-Cu進行等離子弧原位焊接時形成的接頭不理想，有針狀脆性相Al<,4>C<,3>和Al<,2>Cu生成，且有大量氣孔存在，嚴(yán)重影響了焊縫接頭的性能。但采用Ti-Si、Ti-Mg進行等離子弧原位焊接時接頭組織致密，結(jié)合較好，未發(fā)現(xiàn)大量針狀物質(zhì)生成，從而有效地提高了接頭的力學(xué)性能。試驗中分別采用Ti-Si、Ti-Mg和Ti-Cu三種混合粉末所獲得的

5、強度依次為232.3MPa、204.7MPa和187.5MPa。 在等離子氣中加入氮氣，分析了加入的氮氣對焊縫成形、焊縫組織和性能的影響。結(jié)果表明，隨氮氣體積含量增大，焊縫熔深也相應(yīng)增大。填加氮氣還改善了熔池中的熱循環(huán)狀態(tài)和冶金反應(yīng)，生成了TiN、AlN等新的增強相，有效地抑制了脆性相的生成，改善了焊接接頭的性能。力學(xué)性能試驗表明，采用Ar+N<,2>作為離子氣進行焊接時，焊縫硬度和強度都有提高。當(dāng)N<,2>體積含量約占15％時