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为有效应对世界能源危机,实现节能减排的目标,汽车等交通工具的轻量化已成为发展的必然趋势。高强钢(超高强钢)是主要的汽车轻量化材料,其次是铝合金、镁合金、复合材料及塑料等。由于铝合金具有密度低,比强度高,导热性、导电性、耐腐蚀性及加工工艺性能优良且易于回收利用等特点,是更具潜力的汽车轻量化材料。在汽车钢体结构中引入铝合金部件是实现汽车轻量化最直接有效的方法。但是由于钢与铝之间的物理性质以及化学性能存在较大的差异,致使钢/铝异种金属的连接性极差。因此,开展超高强钢/铝合金异种金属MIG焊的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文主要研究了SYG960E超高强钢/6082铝合金MIG焊接头的微观组织特点及力学行为;焊接工艺参数和合金元素对钢/铝MIG焊接头微观组织及力学性能的影响规律。研究结果表明:采用Al-Mg焊丝和Al-Cu焊丝的钢/铝接头均具有熔-钎焊特征,主要由三个区域组成:界面区、焊缝区和熔合区。钢/铝接头界面区具有双层结构特征,由靠近钢侧的条状Fe2Al5金属间化合物层和靠近铝焊缝侧的针状Fe4Al13金属间化合物层组成。与采用Al-Mg焊丝的界面金属间化合物层相比,采用Al-Cu焊丝的界面金属间化合物层厚度明显减薄,界面金属间化合物层均匀致密,无明显的裂纹缺陷,表明Cu元素具有抑制金属间化合物生长、降低金属间化合物脆性以及提高抗裂性的作用。采用Al-Mg焊丝的焊缝区和熔合区主要由α-Al固溶体和β-Al3Mg2化合物组成;采用Al-Cu焊丝的焊缝区和熔合区主要由α-Al固溶体和Al2Cu化合物组成。与铝合金母材相比,焊缝区的α-Al晶粒细化。钢/铝MIG焊接头的硬度分布是不均匀的,界面区的显微硬度最高,主要归因于存在脆硬的金属间化合物。采用Al-Cu焊丝的界面区硬度值(424.2HV)低于Al-Mg焊丝的界面区硬度值(447.1HV),主要归因于Cu降低Fe-Al金属间化合物的脆硬性。在拉伸应力作用下,接头断裂主要发生在界面区,因此,界面区是超高强钢/铝合金MIG焊接头最薄弱的区域。焊接工艺因素对超高强钢/铝合金MIG焊焊缝成形、接头微观组织及力学性能具有明显的影响。选择合适的焊接方向、焊枪角度、坡口角度和焊丝位置有利于改善钢/铝MIG焊的焊缝成形及焊接质量。焊接参数(焊接电流和焊接速度)对钢/铝接头界面区结构的影响主要归因于焊接线能量的变化,对钢/铝接头强度的影响主要与界面区微观结构的变化有关。焊接线能量较小时,界面金属间化合物层很薄且易产生未连接缺陷,明显降低接头的抗拉强度。随着焊接线能量的增加,钢/铝接头界面金属间化合物层厚度增加,界面未连接缺陷减少,接头抗拉强度得到提高。但过大的焊接线能量导致界面Fe2Al5、Fe4Al13金属间化合物明显增多且易产生微裂纹缺陷,也明显降低接头的抗拉强度。与采用Al-Mg焊丝相比,采用Al-Cu焊丝钢/铝接头的界面金属间化合物层厚度明显减小,产生裂纹的敏感性降低,且具有更高的抗拉强度。这主要与Cu阻碍Fe、Al原子的互扩散和降低Fe-Al金属间化合物的脆性有关。在焊接电流100A、焊接速度50cm/min及E=1520J/cm条件下,钢/铝MIG焊接头的抗拉强度可达128MPa。研究了钢/铝界面金属间化合物层的生长机制及合金元素作用下界面金属间化合物层的生长模型,揭示合金元素Cu对钢/铝接头界面金属间化合物层生长的作用机制,Cu元素通过置换固溶于Fe2Al5和Fe4Al13相中,部分替代Fe-Al结合对中的Fe形成少量Al-Cu结合对,形成(Fe,Cu)2Al5相和(Fe,Cu)4Al13相,降低了界面金属间化合物层的厚度、金属间化合物脆性以及裂纹敏感性,促进了接头性能的提高。通过对Cu进一步的定量分析,当Cu含量保持在6wt%时,钢/铝接头具有最佳的力学性能。继续增加Cu的含量,不仅不会促进钢/铝接头性能的提高,接头还会由于生成过多的Al2Cu引起接头脆化。