【摘 要】
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汽车轻量化对于节能减排、降低油耗起着关键性的作用,现已成为国内外汽车工业界的研究热点。镁合金作为最轻的工程金属和绿色工程材料用于汽车车身制造能够达到理想的轻量化效果;此外我国作为稀土资源大国,稀土作为重要的战略资源使得稀土镁合金在汽车轻量化的研究中更有意义。电阻点焊作为汽车领域最普遍的焊接方式也将使得稀土镁合金电阻点焊的研究价值得到提高。目前国内外在稀土镁合金电阻点焊方面的研究较少,因而本论文针对
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汽车轻量化对于节能减排、降低油耗起着关键性的作用,现已成为国内外汽车工业界的研究热点。镁合金作为最轻的工程金属和绿色工程材料用于汽车车身制造能够达到理想的轻量化效果;此外我国作为稀土资源大国,稀土作为重要的战略资源使得稀土镁合金在汽车轻量化的研究中更有意义。电阻点焊作为汽车领域最普遍的焊接方式也将使得稀土镁合金电阻点焊的研究价值得到提高。目前国内外在稀土镁合金电阻点焊方面的研究较少,因而本论文针对稀土镁合金薄板进行电阻点焊试验,研究焊接接头的组织变化和力学性能变化将为汽车轻量化提供重要的参考价值和指导意义。本文以1mm厚的NDM2(由南昌大学自主研发)稀土镁合金作为研究对象,进行了单脉冲焊接、双脉冲焊接以及时效处理试验。通过上述实验对焊接接头的组织变化、失效模式、显微硬度、拉剪载荷、物相分析进行研究得到如下结果:(1)在单脉冲焊接实验中,研究了焊接工艺对焊点质量特征参数(焊点熔核直径、焊点峰值载荷、是否飞溅、失效模式)的变化得出了最佳的焊接参数:焊接电流16.5k A、焊接时间400ms、电极压力1.5k N。最佳焊接工艺参数下焊接接头的峰值载荷为1.899k N,熔核直径为4.90mm。(2)在双脉冲(单脉冲最佳焊接电流后再施加一段回火电流(TC))焊接工艺试验中,发现回火电流可以将熔核区(NZ)的柱状枝晶(CDZ)转变为等轴枝晶(EDZ),双脉冲试验下在11k A的回火电流下峰值载荷达到2.364k N,同单脉冲相比提高了24.49%。(3)单、双脉冲焊接试验中,光学显微镜(OM)下发现焊点中靠近热影响区(HAZ)的母材区(BM)中有孪晶带和细晶区的生成;而在焊接热输入下熔核区的Al-RE相和Al10RE2Mn7相转变为了Al2RE相、Al8REMn4相,在扫描电镜(SEM)下发现Al2RE聚集在晶界间能阻碍网状Mg17Al12相的连续。在回火电流下熔核区显微硬度与单脉冲相比最大值由90.8HV增大到了95.7HV。此外单、双脉冲下焊接接头的失效模式均为焊核拔出失效(PF),单脉冲下为混合断裂,而双脉冲下则是韧性断裂。(4)为提高焊接接头的力学性能,选用单脉冲最佳工艺参数下得到的焊接接头用于时效处理,经时效处理发现焊点随时效时间增加,焊点部分组织会转变为胞状结构,晶粒内会析出层片状的Mg17Al12相,焊点中母材区大部分晶粒都析出了层片状的Mg17Al12相,但熔核区晶粒的析出很少。研究发现经过8h时效处理后得到的焊接接头峰值载荷最佳为2.145k N,相比时效前提高了12.95%;此外热影响区组织随时效时间的增加有明显的细化;晶粒析出层片状Mg17Al12相和热影响区晶粒的细化使得时效处理后的焊点整体显微硬度值上升。时效处理下焊接接头的失效模式均为部分界面失效(PIF),焊接接头的断裂均为熔核区内裂纹产生直至扩展到热影响区发生的穿晶断裂。
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