高强钢低匹配焊接接头应用性能研究

本文采用低匹配焊条材料焊接了高强度钢材,对其焊接接头硬度、强度、抗弯性能、韧性和抗爆性能进行了综合试验研究,研究结果表明,对于屈服强度高达1,000 MPa的钢,其低匹配焊接接头如果采用常规焊缝余高控制工艺,将出现以下不利状况:(1)无余高焊缝金属承受横向拉应力,在母材及HAZ拘束下首先屈服时,发生低延性破坏;(2)有余高焊接接头在弯曲应力及弯曲、拉伸复合作用下,焊接接头易出现焊缝首先塑变破裂的低应力失效现象。其根本原因为焊接接头软质焊缝区塑性变形抗力的不足。此类破坏发生时,钢板尚未充分塑性变形,从承受应力水平和吸收能量能力来看,这将导致焊接接头系统的服役能力大为降低,因此提高低匹配焊接接头焊缝区塑性变形抗力变得极为重要。利用第三强度理论分析了低匹配焊接接头变形特点,并进行了此类接头焊缝余高的特殊设计,获得和传统等强匹配等效的焊接接头,即在服役状态下,确保焊缝金属不先于母材发生塑变集中而失效。     

6016-T4铝合金与镀锌IF钢搅拌摩擦焊接头的组织与性能

采用搅拌摩擦焊接对1.2 mm厚的6016-T4铝合金和1.0 mm厚的镀锌IF钢进行搭接试验。通过对接头的力学性能和界面组织进行研究,发现在焊接速度为100 mm/min、旋转速度为800～2 000 r/min的条件下焊缝成形良好,表面无沟槽、孔洞等缺陷;当旋转速度为1 200 r/min时,接头的拉剪强度最高,达到172 MPa,为铝合金母材强度的82%;铝合金硬度值呈"W"型分布,最低值在接头两侧的热力影响区及其与热影响区的交界处,硬度最高值在接头的焊核区,达到69.1HV,镀锌IF钢硬度值呈倒"U"型分布,最高值在焊核区,达到192.3HV;在搅拌针和轴肩的共同作用下,铝和钢搭接接头的界面组织特征呈现机械连接+冶金连接的特点,在搅拌针作用区的两侧界面处各形成一个"钩子"状的结构,扎入铝合金基体中,形成机械连接,钢铝界面处生成的Fe-Al金属间化合物、Al-Zn化合物和Fe-Al的层状组织共同形成冶金连接。     

铜/铝极耳超声波焊接响应曲面优化分析

采用响应曲面法,设计锂电池铜/铝极耳异质金属超声波焊接试验,使用逐步回归法筛选出对响应值影响显著的因子,建立多元非线性回归数学模型。采用SEM、EDS、XRD、3D景深显微分析及显微硬度仪研究最优参数下铜/铝焊接接头的微观组织形貌、相结构、景深及硬度的变化规律,理解其连接机理和金属间化合物(IMCs)生成机制。结果表明:各工艺参数对拉剪力的影响有着非常复杂的交互作用,最优参数下连接界面实现无缺陷完全结合;高应变率加快了连接界面析出厚度约8μm的Cu_9Al_4、CuAl和CuAl_2IMCs相层;塑性变形在整个薄板厚度间传播,剧烈塑性变形促进了位错增殖,形成了由纳米晶和非晶相组成的过渡层;工件连接强度取决于机械互锁、纳米晶和非晶相过渡层与互扩散的综合作用。     

陶瓷与金属冶金连接技术研究进展

陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀等一系列优异特点,将其与传统金属材料进行高性能冶金连接,可以实现优势互补,并充分发挥陶瓷的优异性能,在现代工程领域具有广泛的应用需求。从化学键型和物理性质两方面对陶瓷与金属的冶金连接特性进行了分析,阐述了陶瓷与金属冶金连接的主要难点,综述了陶瓷与金属的常用冶金连接方法,主要包括钎焊、扩散焊、自蔓延高温合成焊接和熔化焊等,重点介绍了其原理、特点和研究进展。在此基础上对未来陶瓷与金属冶金连接的发展方向作出了展望。     

金属与复合材料搅拌摩擦搭接焊的研究现状

金属与复合材料连接研究目前处于初级阶段。在焊接方面,搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术,可以在较低温度下实现物理化学性能差异较大的金属与复合材料的连接。综述了国内外金属与复合材料搅拌摩擦搭接焊的研究现状,在接头形式、焊具设计、焊接参数优化以及连接机制等方面做了详细介绍。结果表明,静止轴肩可有效提高接头表面成形质量及抗拉强度;接头内的锚结构能够有效增加接头的机械互锁能力;通过优化焊具形貌及工艺参数可以增加锚结构尺寸。金属与复合材料的连接机制主要为机械互锁、化学键合以及较弱的范德华力。此外,对金属与复合材料搅拌摩擦焊的发展提出了相关建议。     

高硅铝合金真空钎焊接头组织与性能测试研究

选用Cu箔、Zn及BAl88SiMg片状钎料作为填充金属,采用真空加热方法进行高硅铝合金的钎焊连接,并对接头进行光学金相、显微硬度、扫描电子显微等测试、分析、研究。结果表明:3种钎料钎焊高硅铝合金,通过凝固、结晶等过程形成冶金结合,生成共晶体和固溶体组织,形成可靠的连接接头,外观良好。     

镍—不锈钢爆炸复合板结合区的显微研究

用金相和扫描电子显微镜对不同状态的镍－不锈钢复合板结合区的组织和成分分布进行了研究。结果表明，在该复合板的结合区存在着金属的塑性变形、熔化和原子间的扩散等微观特征。正是这些结合区内的冶金过程造成了不同金属之间的冶金结合。金相和各种电子显微装置在对这些冶金过程的研究中发挥了重要作用。     

泡沫铝冶金连接及其界面结构与力学性能研究

以Zn-10Al合金作为粘结合金,采用功率超声辅助的热浸镀法进行泡沫铝板的冶金连接,采用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察接头组织及界面结构,采用X射线能谱仪(EDS)测定界面处元素分布,对样品进行拉伸实验和摆锤冲击实验,并与无功率超声辅助样品和胶接样品比较。功率超声辅助冶金接头密实连续,Zn、Al元素相互扩散,在界面处连续分布;无功率超声辅助接头中存在大量气孔等缺陷。功率超声辅助冶金接头的拉伸性能和冲击性能均优于无功率超声辅助接头和胶接接头。在功率超声辅助下进行连接时,其空化作用和声流能较彻底地破除泡沫铝基体表面的氧化膜,同时能够促进组织均匀化、去气除杂,有利于形成良好的冶金结合和致密的冶金接头。     

镁合金/钢异种材料激光熔钎焊接头组织及成形调控

采用激光熔钎焊技术对AZ31B镁合金与Q235钢进行异种金属搭接实验。添加Ni中间层协调镁合金与钢的冶金连接,通过外加纵向交变磁场调控接头成形及组织,以期提高接头的力学性能。结果表明：添加Ni中间层后接头类熔焊区IMC层为树枝状或连续纳米级层状AlNi相,实现冶金连接。外加交变磁场后Fe-Ni固溶体厚度减小且延伸进镁侧焊缝中,沟壑状的Fe-Ni固溶体增加了界面的结合面积。通过测量发现接头实际界面连接长度与拉剪线载荷有很大的联系。外加交变磁场后激光熔钎接头实际界面连接长度与拉剪线载荷随着磁场强度的增加呈现先增大后减小的趋势。当激光功率P=1250 W,焊接速度v=20 mm·s^-1,磁场强度B=10 mT,磁场频率f=35 Hz时,添加Ni中间层协调镁合金与钢的冶金连接,外加纵向交变磁场优化接头焊缝成形,接头拉剪线载荷最高,达到163 N/mm。     

金属-聚合物及金属-复合材料薄壁结构压印连接技术的研究进展

随着结构轻量化需求的增加，金属-聚合物及金属-复合材料薄壁结构在交通运输和航空航天等多个领域得到广泛应用。压印连接具有高效、节能环保和成本低等优势，为异种材料的连接提供了解决方案。由于聚合物及其复合材料延展性较差，为了减小接头的成形损伤、提高连接效率及接头的力学性能，一些改进的连接工艺相继被提出。为了推动压印连接的工程应用，本文综述了金属-聚合物及金属-复合材料薄壁结构的压印连接技术，对各连接工艺的适用性、成形工艺方法、成形质量影响因素和接头力学性能进行探讨。最后，针对连接工艺设计中亟待解决的问题，展望了压印连接技术的研究方向。     

基于原位微锻造冷喷涂技术的金属涂层研究进展

原位微锻造冷喷涂技术是一种通过在喷涂粉末中混入大尺寸喷丸颗粒,借助喷丸颗粒对已沉积涂层的锤击效应实现喷涂沉积层的原位致密化,同时提高沉积体的自身强度和与基材的结合强度的技术.为此,对原位微锻造冷喷涂技术的发展状况进行了总结.首先,对该技术工作原理进行了简要介绍,并探讨了喷丸体积分数、颗粒尺寸等参数对涂层的影响;其次,探...     

累积叠轧技术研究进展

大塑性变形工艺是制备超细晶材料的主要成形技术.其中,累积叠轧(ARB)因工序简单、成本低,对模具要求低,可连续生产大尺寸的细晶板材,而获得广泛应用.从累积叠轧后材料的组织特性、力学性能以及强化机制和界面结合机制方面梳理国内外累积叠轧工艺的研究现状.提高累积叠轧材料的塑性极其重要.制备高强度、高塑性ARB复合材料将成为后续研究热点.     

金属板材屈服行为与塑性失稳力学模型在微尺度下的应用

板材屈服准则与塑性失稳模型是精准描述高性能构件成形或服役过程的基础与前提。在板材塑性成形过程中,试样几何尺寸、材料晶粒大小、自由表面粗化和织构分布等都会对材料的塑性变形行为产生不可忽略的影响,导致单一尺度下的本构模型和断裂准则不能有效预测微观尺度下的材料变形行为和各种缺陷,大大限制了合金板材在航空、航天、汽车、医疗等工业上的应用。对现有屈服准则的研究进展进行了较为全面的回顾,从Hill、Hershey-Hosford和Drucker这3个系列出发,分别进行了对比分析,并总结了目前国内外用于验证屈服准则的金属板材双向拉伸实验机发展状况。基于不同的破裂失稳机理,将失稳模型分为宏观失稳准则、韧性断裂准则和耦合材料损伤演化的韧性断裂准则,并分别进行了归纳和阐述。此外,随着微成形技术的逐步推广,也对宏观塑性成形理论在微尺度下的应用进展进行了说明,指出了宏观屈服准则和失稳模型在微尺度下的不足和缺陷。最后讨论了宏观屈服准则和失稳模型今后的发展趋势以及宏观塑性成形理论在微尺度下的应用前景。     

累积复合轧制法制备层状超细晶材料的研究现状

综述了累积复合轧制(ARB)的工艺原理及累积复合轧制材料晶粒的细化机理、力学性能、组织与织构演变特征,分析了目前研究中存在的问题,指出累积复合轧制是制备大块体超细晶金属材料最有效的强烈塑性加工工艺。     

金属包覆材料固-液铸轧复合技术研究进展

金属包覆材料属于典型层状金属复合材料,是航空航天、石油化工、电力电子等领域的关键材料,其高效成形与性能控制技术一直是行业难点和国际研究热点.首先系统梳理了目前国内外金属包覆材料的典型制备工艺,并且根据初始时基体与覆层物理状态的不同将其分为3类,分别是固-固相复合法、固-液相复合法和液-液相复合法,对比分析了各种制备工艺的成形原理和主要特点.随后,从工艺原理、成形机理、复合机理、工艺优化等方面重点介绍了金属包覆材料固-液铸轧复合技术的最新研究进展.分析结果表明,以固-液铸轧复合技术为代表的融合塑性变形的固-液相复合工艺将成为行业未来一个重要发展方向,并且以固-液相复合法和液-液相复合法进行初态复合组坯,以固-固相复合法进行终态性能调控的一体化组合成形工艺具有良好发展前景.     

微细材料细晶处理方法及其研究发展

近些年微成形技术的研究热度不断增高,金属薄板、箔材及丝材等可直接用于微型件制造的微细材料缺少专门性研究,微细材料的微观结构与性能直接影响微型件的成形质量。综合评述了大塑性变形细晶方法、电流辅助工艺和微观结构调控等方面的相关研究,着重介绍了适合于微细材料的反复折弯压直和限制模压变形2种反复折弯形变细晶的方法。分析了微细材料细晶处理存在的问题,提出了适合用于微细材料的细晶及增塑处理的研究方法,展望了微细材料电流辅助形变工艺和微观结构调控的研究方向。开展了微成形用微细材料预处理方法与相关技术研究,对促进微成形技术的发展具有重要的理论意义和应用价值。     

深度塑性变形法的研究现状和前景

深度塑性变形加工与传统变形方法相比具有很大的优点,可得到超细晶金属和合金,其微观组织结构和性能也发生很大的变化.通过介绍累积轧合法、等通道角挤压法和高压扭转法等3种目前最主要的深度塑性变形方法,分析了深度塑性变形法的特点和现状,并对其未来进行了展望.     

等通道转角挤压制备超细晶材料的研究与发展

等通道转角挤压(Equal channel angular pressing,ECAP)是大塑性变形制备超细晶材料的方法之一,具有大晶粒尺寸的材料可以在室温下挤压达到超细晶尺度。从ECAP模具参数、工艺条件影响因素、模具及制备方法改进、细化机理、制备的超细晶材料组织稳定性及性能方面进行总结,并结合部分研究结果可知,ECAP模具正在不断被优化和改进,复合挤压技术不断出现,目前已实现超细晶材料的连续ECAP挤压制备技术。等通道转角挤压的晶粒细化主要是由于剪切力的作用和第二相粒子的作用,ECAP晶粒细化机理及组合工艺的研究是目前研究的热点。超细晶材料在不同领域的应用对其性能提出的更高要求,对其大塑性变形制备技术本身也是挑战。     

镁合金在大变形和高应变率下塑性变形研究进展

介绍了强应变塑性大变形下镁合金研究现状.重点综述了在较高应变率及冲击载荷作用下关于镁合金变形的研究情况,同时也比较详细地综述了在不同温度、不同载荷作用下镁合金塑性变形特征及其物理机制.最后简要介绍了几个描述材料在较高应变率和冲击载荷作用下变形行为的数学表示式,并就镁合金作为结构材料的研究说明了作者的一些看法.     

Simulation of Particle Deposition Behavior in Cold-Sprayed Mg Anticorrosion Coating

In this work, finite-element analysis method is adopted to simulate Al particle deposition behavior on Mg substrate by cold spray. The effects of particle parameters such as incident velocities and angles, particle sizes, and number and types of incident particles on impacting character are analyzed. The particle energy, effective plastic strain, and its temperature distribution are discussed. Results reveal that increasing the particle incident velocity can intensify the deformation of both particle and substrate. The bonding will also be strengthened. Incident angles will also affect the bonding between particles and substrate. In multiple particle deposition process, the compaction effect of subsequent particles can promote the deformation of former particles and its bonding with substrate. Temperature distribution and the effective plastic strain distribution are consistent: temperature is higher in the area where the plastic deformation and stress is higher. Local melting may occur in that area at high temperature.