6061-T6铝合金与T2紫铜连续驱动摩擦焊焊件组织性能研究

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连续驱动摩擦焊(CDFW)这一特种焊接技术如今在汽车制造、轨道交通等制造业领域发挥着愈加重要的作用,该焊接手段可大概率减少熔焊时气孔等缺陷,提升强度,同时在结构中用铝合金可减少结构重量,焊接时,材料受到热场与力的联合作用,这就使得材料性能有较大改变,人们对其中的变化知之甚少,因此,本文对6061-T6铝合金与T2紫铜的CDFW过程焊接组织性能变化进行探究。1、采用基于二维轴对称热力耦合数值仿真方法,将工艺参数耦合于计算模型中,得出焊接棒材表面温度,将实际测温结果与其比对后发现参数相差无几,说明仿真模型是合适的,同时仿真也得出了焊接界面温度,随转速增加,界面温度一直增加,焊件圆心及飞边温度较低,焊件距圆心2/3R位置处温度最高,在焊件轴向方向有温度梯度存在,从焊缝处往两侧,离焊缝越远,温度值越低。2、本文采用不同转速对长100 mm,直径18 mm的6061-T6铝合金与T2紫铜棒材进行焊接,过程中测量棒材表面温度,随转速增加,温度一直上升;对不同转速焊件接头进行拉伸实验,700 rpm~1200 rpm时,抗拉强度先增后减,在1000 rpm时,抗拉强度最大,为212 MPa,占铝侧母材强度的73.1%。3、测试垂直于焊缝方向上硬度,包括铜铝两侧,硬度曲线呈“W”形,焊缝中心因中间金属化合物(IMC)的因素硬度最高,随转速增加,焊缝硬度一直增加,铝侧动态再结晶区(DRZ)硬度仅次于焊缝,随转速提升,此区域硬度先增后减,热影响区(HAZ)硬度最小,随转速提升,此区域硬度一直减小。4、据断口形貌,700 rpm时,铜侧断口存在撕裂棱且周围被解理面包围,撕裂棱处被铝元素覆盖。在1000 rpm下,铜侧断口有大量韧窝,韧窝处被大量铝元素覆盖,在1200 rpm时,铜侧断口被解理面所充斥,700 rpm~1200 rpm区间内,焊件都表现为脆性断裂特征。5、对焊接界面IMC厚度测试,发现随转速增加,IMC厚度不断增厚,对焊缝处元素成分打点分析,得出可能存在Al2Cu、Al Cu、Al4Cu9。6、观测铜/铝两侧金相组织,铝侧有DRZ、HEAZ、HAZ、飞边区(FA)、母材(BM),铜侧有DRZ、HEAZ、HAZ、BM,随转速增加,铝侧DRZ、HEAZ、HAZ区域宽度一直增加。铝侧晶粒尺寸区域从大到小分别是HAZ、BM、HEAZ、FA、DRZ,其中,HAZ区晶粒尺寸随转速增加而增加,FA(近轴套处)晶粒尺寸随转速增加一直降低,其余各区晶粒尺寸随转速增加均是先减后增。
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