钛合金压印接头热处理前后静态失效机理分析

对钛合金进行压印连接,将得到的压印接头分成3部分,一部分不予处理,一部分进行整体淬火处理,一部分进行整体退火处理,再将热处理前后的接头进行静态力学实验,并运用扫描电子显微镜对接头拉伸断口进行微观分析。结果表明,未处理的钛合金压印接头静拉伸失效载荷为4567.22 N,变形位移为1.19 mm;淬火处理的钛合金压印接头载荷和位移值均大幅度降低;退火处理的钛合金压印接头失效载荷降低了10.9%,变形位移比未处理的接头增加了7.6%。3种接头失效模式均为颈部断裂失效,从微观角度分析可知钛合金压印接头断口呈现韧窝形貌和少量解理特征,主要为韧性断裂;钛合金压印接头淬火后断口出现准解理特性和滑移特征,为脆性断裂;钛合金压印接头退火后断口呈现准解理和均匀的韧窝特征,主要为韧脆混合断口。     

TA1异质自冲铆接头力学性能及失效机理

通过自冲铆接对比试验获得接头最优铆接参数,并以此制备TA1钛合金板分别与Al5052铝合金板和H62铜合金板的异质自冲铆接头。通过静力学实验和疲劳实验研究异质接头的力学性能,并运用疲劳三参数经验公式拟合S-N曲线,最后利用扫描电镜和能谱仪进行断口分析和能谱分析进而研究接头的疲劳失效机理。结果表明,TA1-H62(STH)接头静失效载荷优于TA1-Al5052(STA)接头;且前者在低载荷下疲劳寿命优于后者,STA接头则在高载荷下优势明显。STA接头疲劳失效模式为下板断裂,STH接头则出现了两种失效模式;两板间及铆钉与上下板之间接触区域发生的剧烈微震磨损是导致疲劳裂纹萌生的主要原因。     

粘接剂对1420铝锂合金压印接头疲劳性能的影响

压印连接以高效率、低能耗的优点在薄板材料连接中被广泛应用,但其连接强度相对较低,鉴于此,压印-粘接复合连接应运而生。本文以1420铝锂合金为原材料,制备了1420同种材料组合的压印接头及压印-粘接复合接头并进行对比。通过拉-剪静态力学试验测定两种接头的静力学强度及承载能力,通过拉-拉动态疲劳试验测定两种接头的动态疲劳性能,采用三参数法拟合疲劳寿命曲线,并对疲劳失效断口进行分析。结果表明:压-粘接头的静强度比压印接头提高了108.17%,接头承载能力提高169.63%。在短寿命区,两种接头均为颈部断裂失效;在中长疲劳寿命区,压-粘接头的疲劳寿命优于压印接头,压-粘接头疲劳断裂位置为压印点,压印接头疲劳断裂位置为下板。对疲劳断口进行SEM分析,发现两组疲劳断口均呈现韧性断裂与脆性断裂同时出现的特征。     

钛合金压印接头疲劳性能与微观分析

压印连接是近年来新兴的连接方式,因其具有简单高效、低耗环保等优点,在连接应用方面越来越受到重视,而疲劳破坏是机械零件失效的主要形式。对钛合金压印接头的疲劳性能进行了实验研究,与母材的力学性能进行了对比分析,并对疲劳失效断口进行了断口分析和能谱分析。实验结果显示钛合金压印接头的平均拉伸-剪切强度约为同等尺寸材料拉伸-剪切强度的36.7%;钛合金压印接头的疲劳极限约为材料疲劳极限的46%,平均载荷约为接头最大静强度的42%。微观特征显示断口呈脆性疲劳断裂特征,由于微动磨损和氧化作用产生了成分为氧化钛的微动磨屑,且其硬度较高,因此在微动过程中起到磨粒的作用,从而加速了磨损和裂纹扩展,最终导致疲劳失效。     

三层板压印接头力学性能分析

本文的研究目的是分析三层板不同搭接方式的压印接头的力学性能,主要采用试验方法对其进行研究,具体方法如下:首先对1.5 mm AA5052+1.5 mm SPCC+1.5 mm AA5052三层板不同配置方式下的压印接头进行静态力学性能测试,分析三层板压印接头的静态失效模式及其静强度;再对静态力学性能最优组进行动态疲劳性能测试,分析疲劳失效模式及其疲劳强度,并采用最小二乘法拟合获得接头力-寿命(F-N)方程.试验结果表明:静态失效为上板颈部断裂、中板内锁拉脱和混合失效三种模式;T-A型接头静强度最低,T-C型接头静强度最高.其中,T-C型接头疲劳失效模式为上板颈部先断裂,之后下板出现裂纹导致接头失效;T-C型接头上板颈部疲劳性能较差,当应力水平为静强度40%时,疲劳循环最多只能达到15 965次,但是中板与下板连接可达到200万次.     

泡沫金属三明治结构压印-粘接复合接头剥离性能分析

为研究三明治结构压印-粘接复合接头的抗剥离性能,选取AA5052铝合金板以及泡沫镍、泡沫铜以及泡沫铁镍进行压印-粘接复合连接,对接头进行拉伸剪切试验,采用扫描电镜对失效断口进行了观察,分析了接头的失效形式、失效载荷、能量吸收值以及失效机理。结果表明:夹层的存在会使接头中胶层的失效过程更加稳定,夹层对于压印-粘接复合接头的承载能力并无显著影响,但是会降低其失效过程中的能量吸收值。     

高低温循环试验下磁脉冲焊接接头性能研究

磁脉冲焊接是一种高效的固相焊接工艺,对异种金属材料在汽车轻量化中的运用具有积极意义.通过对5052Al/HC420LA板件磁脉冲焊接接头进行不同条件下的高低温循环试验,对比焊接接头在高低温循环试验前后的力学性能变化,研究了高低温循环冷却方式、循环次数对焊接接头性能的影响.利用扫描电子显微镜(SEM)研究了焊接接头微观形貌特征,分析了高低温循环试验前后焊缝微观界面的特征及其变化.研究表明：不同高低温循环试验条件下5052Al-HC420LA铝-钢磁脉冲焊接接头的连接强度相比于5052铝合金的母材强度下降了5%~25%;冷却速度越快,高低温循环次数越多,接头力学性能下降越明显;接头在高低温循环试验前后出现了母材失效与焊缝失效两种剪切失效模式;水冷冷却的接头比空冷冷却更易产生微观裂纹.     

AA5052薄板磁脉冲胶焊复合接头动态力学性能研究

目的 研究AA5052铝合金薄板在高速冲击载荷下的磁脉冲胶焊复合接头的动态力学性能,探究不同载荷速率对该胶焊复合接头力学和失效行为的影响规律.方法 利用磁脉冲焊接系统成功制备了胶焊复合连接试件.采用万能拉伸试验机、高速拉伸试验系统,结合全场应变测量系统,获得胶焊复合接头的力学性能规律,以及渐进失效过程和搭接区应变变化.通过扫描电镜观察焊缝断口,对其显微形貌进行表征.结果 当剪切速率从2 mm/min提升到10 m/s时,接头的峰值载荷从6086.5 N增大到6592.5 N,吸收的能量从41.1 J增大到96.4 J.相比于2 mm/min准静态剪切断口,1 m/s高速剪切断口中等轴韧窝和胶粘剂薄层的比例均提高.当剪切速率在1 m/s以下时,接头发生胶层和焊缝断裂失效;当剪切速率在1 m/s以上时,胶层和焊缝得到的强化程度高于母材,胶层开裂程度减小,接头搭接区的刚度提高,所以拉伸端母材发生严重的颈缩直至断裂失效.结论 随着剪切速率的增加,接头的峰值载荷和吸收能量均增大,胶层的开裂程度减小,失效形式由焊缝和胶层断裂转变为母材断裂.     

5083铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸行为研究

目的 研究5083铝合金搅拌摩擦焊接（FSW）的组织、力学性能和拉伸应变,分析接头的拉伸行为。方法 采用数码相机、光学显微镜、电子扫描显微镜等表征分析方法,对焊缝的表面宏观成形、微观组织、断口形貌进行分析;利用拉伸机、三维数字动态散斑应变测量分析系统和显微维氏硬度计对接头的力学性能和拉伸应变进行测试。结果 不同焊接工艺参数下FSW接头的最低抗拉强度为305 MPa,断后延伸率达到了14%以上;焊核区拉伸应变沿板厚方向呈现上高下低和上宽下窄的不均匀梯度分布,发生了较大程度的变形强化,直到拉伸应力达到抗拉强度。断裂失效前300/120接头的最大拉伸应变在晶粒粗大的母材区,500/120和500/200接头的最大拉伸应变则位于晶粒尺寸差异较大的后退侧焊核区与热力影响区交界处。接头拉伸断口宏观上均为45°剪切韧性断裂,微观上均以韧窝韧性断裂为主,而高热输入500/120接头出现脆性断裂特征,其延伸率明显降低。结论 高热力耦合输入使铝合金FSW接头薄弱区发生转变,强韧性降低。     

TA1钛合金单搭自冲铆接头微动磨损机理

对TA1钛合金单搭自冲铆接头进行疲劳实验研究接头失效形式;用扫描电子显微镜和X射线能谱线扫描研究铆钉各部位微动磨损程度的差异和接头微动磨损机理;采用威布尔分布验证数据有效性.结果表明:接头疲劳失效形式主要为上板断裂,高周疲劳均为上板断裂,低周疲劳为上下板混合断裂;微动磨屑包含氧、钛、锌和锡元素,铆钉头部微动磨损程度高于铆钉腿部.微动磨损区出现严重脱层、微动磨屑堆积和微裂纹萌生等现象,随着微动磨损及剪切力共同作用导致接头断口部位出现大量微裂纹并逐步沿深度和宽度方向扩展为宏观裂纹,最终导致接头疲劳失效.     

Design of mechanical clinching tools for joining of aluminium alloy sheets

The purpose of this study is to propose the design method of mechanical clinching tools, which is used to join aluminium alloy sheets in automobiles. Based on the analytical model used to predict the strength of the mechanical clinched joint, the design method of clinching tools that can satisfy the required joint strength is proposed. The analytical model has been defined as a function of the neck-thickness and the undercut, which are the presented mechanical clinched joint geometry. And joint geometry is defined by the shape parameters of the clinching tools. To obtain the desired joint strength, the required neck-thickness and undercut are inversely calculated from the analytical model. The mechanical clinching tools that join Al6063 alloy sheets are designed by the proposed method. FE-analysis and mechanical clinching test were performed for optimal conditions obtained from the proposed design method. The result of the FE-analysis and that of the mechanical clinching test showed good agreement of the clinched joint geometry. The H-type tensile test for mechanical clinched joint was carried out to evaluate the strength of the mechanical clinched joint designed by the proposed design method. The result of the tensile test showed that the fracture load satisfied the required joint strength. Also, the top-hat impact test was performed to evaluate the feasibility of using mechanical clinching for automotive component assembly. The result of impact test showed that mechanical clinching was able to produce similar crash resistance as self-piercing riveting.     

Fatigue behaviour of dissimilar Al 5052 and Mg AZ31 resistance spot welds with Sn‐coated steel interlayer

The fatigue property of dissimilar spot welds between an aluminium alloy (AA5052) and a magnesium alloy (AZ31) was studied in this research. The AA5052 and AZ31 coupons were resistance spot welded together by using an interlayer of Sn‐coated steel between the two coupons. The fatigue test results revealed that the Mg/Al joints had the same level of fatigue strength as Mg/Mg resistance spot welds. It was found that within the life range of N_f < 10⁵ cycles, Mg/Al welds degraded faster than Mg/Mg joints. This was attributed to the larger bending moment on the plane of fatigue failure in the Mg/Al welds. Three failure modes were observed under different cyclic loading regimes: Al/steel interfacial failure, Mg coupon failure and Al coupon failure. Fatigue fracture surface of Mg/Al welds consisted of two distinct regions: crack propagation region with brittle morphology and final rupture with ductile morphology.     

TA1纯钛与1420铝锂合金异质薄板自冲铆接微动疲劳特性

基于自冲铆接技术研究TA1工业纯钛(TA1)与1420铝锂合金(AL1420)异质薄板组合的可铆性,并采用硬度≥44HRC和≥46HRC的铆钉分别制备TA1/AL1420 (TAF),AL1420/TA1(ATF)和TA1/AL1420(TAS) 3组接头。在拉伸-剪切实验的基础上进行了高周疲劳实验,拟合出各组接头的F-N曲线,进一步利用电子扫描显微镜和能谱仪分析了各组接头的微动磨损机理。结果表明:ATF接头的疲劳强度相对较优,TAS接头则在中高载荷水平下优于TAF接头;各组接头的疲劳失效均始于微动磨损区域,微动磨损导致疲劳裂纹的萌生;微动磨屑现象的剧烈程度是影响疲劳强度的重要因素。在不同疲劳载荷水平下,发生剧烈微动磨损的区域不同,使得疲劳裂纹的萌生区域存在差异,最终导致同种接头出现不同的失效模式。     

Fatigue behaviour of tensile-shear loaded clinched joints

The present work concentrates on the static and fatigue behaviour of tensile-shear loaded joints obtained by clinching, a rapidly developing cold welding technology for thin sheets used is in automobile, electronic and house hold appliances industries. The project primarily dealt with static, fatigue and residual strength tests, which showed a good fatigue behaviour of the clinched joints. Fractographic observations showed three different failure modes whose occurrence depends on the maximum applied load and on the stress ratio. Results were supported by FEM analyses showing that the failure regions of the clinched joints correspond to those with high stress concentrations.     

Al5052铝合金板材平底无铆连接质量分析

目的 研究底厚值对平底无铆连接强度的影响规律。方法 对2层Al5052铝合金板材进行平底无铆连接成形试验和连接强度检测试验,分析底厚值对接头抗拉强度、抗剪强度和接头失效形式的影响。结果 随着底厚值的减小,抗拉强度逐渐增大,抗剪强度逐渐减小。当底厚值为0.5 mm时,接头的连接强度最好,接头为混合失效。结论 合理控制底厚值可保证接头的连接强度,为平底无铆连接接头质量的现场评价提供依据。     

冷轧对Al_(10)Cu_(25)Co_(20)Fe_(20)Ni_(25)高熵合金组织结构及力学性能的影响

对铸态Al10Cu25Co20Fe20Ni25高熵合金进行冷轧处理后进行室温拉伸测试,并利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分别对其相结构、微观组织形貌及拉伸断口进行分析。结果表明:经冷轧工艺处理后,Al10Cu25Co20Fe20Ni25高熵合金硬度最大为285HV,较轧制前提高了51.6%;在变形量为40%时,抗拉强度达到最大值,为638MPa,是铸态合金的2.7倍。拉伸断口分析表明,铸态合金的断裂模式为树枝晶沿晶断裂和韧窝型延性断裂,而冷轧态合金主要为韧窝型延性断裂模式。