【摘 要】
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钢/铝接头广泛应用于汽车工业,但是因为钢和铝之间巨大的物理、化学差异以及焊接过程界面处大量脆性Fe-Al金属间化合物的存在,使钢/铝的焊接十分困难。本文利用搅拌摩擦焊成功实现了 1.2mm厚的IF钢和6.0mm厚的6061-T6铝合金的搭接,研究了不同焊接工艺条件对接头形貌、钢/铝界面产物及其对力学性能的影响,揭示了不同工艺条件下金属间化合物的生成与接头力学性能的关系。本研究大致分为以下四部分:（
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钢/铝接头广泛应用于汽车工业,但是因为钢和铝之间巨大的物理、化学差异以及焊接过程界面处大量脆性Fe-Al金属间化合物的存在,使钢/铝的焊接十分困难。本文利用搅拌摩擦焊成功实现了 1.2mm厚的IF钢和6.0mm厚的6061-T6铝合金的搭接,研究了不同焊接工艺条件对接头形貌、钢/铝界面产物及其对力学性能的影响,揭示了不同工艺条件下金属间化合物的生成与接头力学性能的关系。本研究大致分为以下四部分:（1）选用不同的焊接参数进行钢/铝搅拌摩擦搭接,在焊接参数为转速800rpm,焊接速度1 00mm/min,压下量0.10mm时,搭接接头完整无缺陷,平均断裂载荷3.40kN,断裂界面位于钢/铝结合面,断口类型为解理断裂,断口物相分析显示生成了脆性的Al13Fe4和Fe2Al5。随着热输入增加,结合层的厚度增加,接头力学性能先提高后降低。接头的硬度分布与接头显微组织相对应。混合搅拌区是薄片状的Fe-Al金属间化合物层与再结晶铁素体的叠层结构。（2）添加高熔点的Ni箔作为钢/铝FSLW的中间过渡层,进入铝基体的碎Ni块与Al原子扩散生成Al3Ni2,结合层的主体依然是Fe-Al金属间化合物,Ni阻碍界面处Al、Fe原子相互扩散,结合层厚度减薄且生成了富铁的金属间化合物FeAl。混合搅拌区由条状（Fe,Ni）固溶体与Fe的夹层结构组成,结合区域硬度值明显降低,拉伸断裂位置在钢基体中,接头平均断裂载荷为4.27kN,剥离断口是韧性断裂和脆性断裂的混合断裂。（3）添加Nb箔作为钢/铝FSLW的夹层,与添加Ni箔相比,结合层厚度增加。拉伸断裂位置位于钢基体,通过断口 XRD分析,发现界面生成了 NbFe2和NbAl3新相,混合搅拌区是条状的（Fe,Nb）固溶体与NbFe2和再结晶铁素体夹层结构,少量的Al原子固溶到混合搅拌区,起到固溶强化作用。（4）添加低熔点的中间过渡层Zn箔可明显提高钢/铝搅拌摩擦搭接接头力学性能,拉伸断裂位置位于钢基体。焊接过程中,结合区域Zn箔受热熔化,流动的锌液带走钢板和铝板表面氧化物以及夹杂物,使钢/铝结合更紧密,提高了接头的力学性能。搅拌摩擦焊钢/铝最佳的过渡层材料是Zn箔。
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