Al-Cu-Mg-Ag/Ti轧制复合界面及Al-Cu-Mg-Ag合金搅拌摩擦焊工艺研究

论文摘要

A1-Cu-Mg-Ag合金及纯钛具有较高的比强度、优异的高温性能及良好的耐磨损性能。两种材料的长期服役温度分别达250℃及300℃,被广泛应用于航空航天领域。论文研究了采用冷轧复合的方式制备的Al-Cu-Mg-Ag/Ti双金属复合板材及Al-Cu-Mg-Ag合金搅拌摩擦焊连接,获得如下结论：（1）采用44%的压下量单道次冷轧可获得Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag/Ti双金属复合板。（2）扩散退火过程中,Al、Ti元素均为扩散组元；TiAl3相是优先生成相,具有最负的生成自由能；TiAl3层的增长主要发生在靠A1基合金一侧,具有线性增长动力学特征。（3）退火过程界面的发展分为两个阶段：第一阶段为TiAl3异质形核后在平行于接触面内的长大形成连续的TiAl3层；第二阶段即TiAl3层在垂直于界面方向上的增厚。退火12h后形成连续相层时,层间剪切强度达到最大值40MPa；TiAl3为脆性较大的金属间化合物,其形成连续层后,厚度的增加使得整个界面脆性变大,界面剪切强度下降。（4）复合板的抗拉强度始终介于Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金和纯钛强度之间,在测试温度范围内基本符合混合定律。（5）搅拌头转速1200r/min、焊接速度60mm/min的焊接工艺参数下,Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金获得良好的焊接接头,抗拉强度值达到409.5MPa,为母材强度的82.8%。（6）研究了Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金的接头组织,其特点为：焊核区组织发生完全动态再结晶,由细小、等轴晶构成；前进侧热机影响区与焊核区有明显的分界线,热机影响区晶粒内存在较多位错和亚晶结构；热影响区内晶粒及析出相较母材均发生了粗化。焊接接头各区晶粒内均发生了由Ω相和θ’相向0相的转变,转变程度随着离焊缝中心距离的缩短而增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 轧制复合
• 1.1.1 冷轧复合简介
• 1.1.2 连接质量评估
• 1.2 影响复合的参数
• 1.2.1 基本参数
• 1.2.2 表面状态
• 1.2.3 表面处理方法
• 1.2.4 润滑条件
• 1.2.5 轧后热处理
• 1.3 连接机制及成功连接归总说明
• 1.3.1 连接机制
• 1.3.2 轧制连接归总说明
• 1.4 搅拌摩擦焊
• 1.4.1 搅拌摩擦焊基本原理及特点
• 1.4.2 搅拌摩擦焊工艺特点
• 1.5 加工参数
• 1.5.1 搅拌头形状几何
• 1.5.2 焊接参数
• 1.5.3 接头设计
• 1.6 搅拌摩擦焊接的应用
• 1.6.1 航空航天领域
• 1.6.2 交通运输行业
• 1.6.3 其它领域
• 1.7 本文研究内容
• 1.7.1 Ti/Al-Cu-Mg-Ag轧制复合
• 1.7.2 Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金搅拌摩擦焊
• 第二章 实验方案及方法
• 2.1 复合板制备实验方案
• 2.1.1 制备方案
• 2.1.2 实验材料
• 2.1.3 工艺路线
• 2.2 复合板制备工艺
• 2.2.1 冷轧复合
• 2.2.2 轧后退火
• 2.2.3 铝合金层强化处理
• 2.3 界面组织、性能测试
• 2.3.1 扫描电镜观察（SEM）
• 2.3.2 X射线衍射物相分析
• 2.3.3 界面剪切强度测试
• 2.3.4 高温短时拉伸性能的检测
• 2.4 Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金板搅拌摩擦焊连接实验
• 2.4.1 搅拌摩擦焊接工艺路线
• 2.4.2 金相组织观察
• 2.4.3 拉伸性能测试
• 2.4.4 焊接接头硬度测试
• 2.4.5 接头组织TEM观察
• 第三章 冷轧复合工艺及扩散退火界面组织研究
• 3.1 冷轧复合工艺研究
• 3.1.1 表面状态对轧制复合的影响分析
• 3.1.2 压下量对冷轧连接的影响
• 3.2 退火处理对界面的影响
• 3.2.1 界面相的生成规律
• 3.2.2 界面相生成的热力学及动力学分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 热处理制度对复合板力学性能的影响
• 4.1 扩散退火对复合板界面强度的影响
• 4.2 基层强化处理对复合板拉伸力学性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究
• 5.1 实验方法
• 5.1.1 实验设备及方法
• 5.2 焊接接头组织分析
• 5.2.1 焊接接头宏观组织分析
• 5.2.2 焊接接头金相组织分析
• 5.2.3 焊接接头微观TEM分析
• 5.2.4 焊接缺陷分析
• 5.2.5 接头显微硬度分析
• 5.3 焊接接头拉伸性能及断口形貌
• 5.3.1 焊接工艺参数对焊接接头力学性能的影响
• 5.3.2 断口形貌分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间的研究成果