旋转摩擦挤压法制备CNTs/Mg复合材料的组织和力学性能

通过显微硬度和抗拉强度试验、X射线衍射仪、扫描电镜和金相显微镜观察,研究经旋转摩擦挤压法制备的CNTs/Mg复合材料的组织及性能。结果表明:CNTs/Mg复合材料的组织为细小等轴晶,且随着CNTs含量的增加,复合材料晶粒尺寸逐渐细化,当CNTs含量为5%时,晶粒尺寸最小,由63μm减小至3.79μm,为AZ91基材晶粒尺寸的6.01%。经过旋转摩擦挤压加工后基材内第二相β-Al12Mg17相的量减少,CNTs的加入使复合材料中出现了Al4C3相,且第二相β-Al12Mg17相网状结构消失。加工后的镁合金抗拉强度提高,最大值为330.9 MPa,较原基材提高了90.6%,当CNTs含量小于2%时,复合材料强度高于原基材。复合材料硬度随着CNTs含量的增加呈先增加后降低的趋势,当CNTs含量为2%时,硬度最高,达101.3HV,比AZ91基材提高了40.3%。     

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝局部金属的塑性流动特征

以0.02mm厚铜箔为标示材料,采用带三角平面圆锥形搅拌针对20mm厚7075-T6铝板进行焊接。通过测试沿焊缝厚度方向上温度场分布及观察标示材料分布状态,分析焊缝局部金属塑性流动行为特征。结果表明,沿焊缝厚度方向上自上而下的金属温度逐渐降低;焊缝上、下表面温度差约为90℃;同一厚度上相对称的两点,位于前进边金属的温度高于返回边约15℃。位于焊核区上部的铜箔呈细小颗粒状均匀分布;下部铜箔则呈层片状分布,且向前进边偏移。焊核区由多个呈纹路状、有序排列的洋葱环结构相互层叠而成,这与焊缝塑化金属沿轴向迁移方式发生变化有关。     

AZ81A镁合金焊接接头的组织与性能

对AZ81A镁合金进行了搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊的工艺实验.通过观察焊接接头宏观成形,分析焊缝显微组织,测试焊接接头的显微硬度分布,对两种焊接方法焊接性进行了分析.研究结果表明:搅拌摩擦焊的外观成形及可操作性均优于熔化焊,焊件焊后基本没有变形.搅拌摩擦焊接头的焊缝为锻造组织,焊核区为细小的再结晶组织;热影响区为部分再结晶组织,再结晶的晶粒沿原铸造晶界生长.熔化焊接头的焊缝区组织为较母材细小的等轴晶,熔合区组织的晶界为α固溶体和Mg17Al12共晶,并有强化相析出;热影响区组织的晶界分布有不连续的共晶.     

旋转摩擦挤压制备MWCNTs/Al复合材料的组织及磨损性能EI北大核心CSCD

采用旋转摩擦挤压(RFE)法制备多壁碳纳米管增强铝基(MWCNTs/Al)复合材料,分析MWCNTs/Al复合材料的显微组织、硬度和磨损性能。结果表明:用RFE法可制备具有一定形状尺寸的块体MWCNTs/Al复合材料;复合材料的成形质量好,显微组织为经动态再结晶后的细小等轴晶,MWCNTs在铝合金基体中分布均匀。复合材料的硬度随着MWCNTs体积分数增加先增加后降低,当MWCNTs体积分数为4%时,硬度是经RFE加工后基材的1.2倍。MWCNTs在复合材料磨损过程中起润滑作用,有助于降低MWCNTs/Al复合材料的磨损量提高复合材料的耐磨性。随MWCNTs体积分数的增加,复合材料的磨损率降低,当MWCNTs体积分数大于3%后磨损率变化较小。这是由于MWCNTs体积分数的增加,磨损机制发生变化,即由黏着磨损和轻微磨粒磨损转变为剥层磨损和磨粒磨损。     

脉冲宽度对激光熔覆FeSiB涂层组织与硬度的影响

以FeSiB非晶带材为熔覆材料,采用激光熔覆在低碳钢表面制备高致密度涂层,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪等研究不同脉冲宽度对激光熔覆涂层成形、组织特征及硬度的影响。结果表明:随脉冲宽度增大,涂层稀释率升高;裂纹倾向增加,裂纹源萌生由表面到界面处;晶化程度升高,结晶相为α-Fe,Fe_2B和Fe_3Si;熔合区宽度增大,柱状晶沿外延生长趋势更大;显微硬度先增加后减小。当脉冲宽度为3.2ms时,涂层结构致密,无孔洞缺陷,界面呈良好的冶金结合,稀释率低,为23.2%,涂层平均显微硬度达1192HV,约为基材的10倍。     

基于应力-温度等效映射方法的FSW变形预测

基于“局部-整体”映射思想,考虑映射变量独立于结构尺寸的原则,以夹具释放前的应力为映射参量,发展了一种基于应力-温度等效映射的大尺寸结构搅拌摩擦焊后变形的快速预测方法。该方法可以分析局部结构在夹具释放前的应力分布特征,并将其转换为等效的温度载荷进行映射,进而对整体结构进行非线性屈曲分析以获得焊后变形。对Al6061-T6铝合金板材进行焊接变形预测,发现基于应力-温度等效映射方法的预测结果与试验结果吻合良好,其预测精度与基于应变映射的预测方法相当。对Al6061-T6铝合金加筋板进行焊接变形预测,发现基于应力-温度等效映射方法的预测结果与热弹塑性法的预测结果吻合较好,且优于基于应变映射的预测方法,说明所提出的基于应力-温度等效映射的方法在预测大尺寸复杂结构搅拌摩擦焊后变形方面具有更好的精度。     

基于CEL方法的Al/Mg搅拌摩擦焊温度场及材料混合流动研究

本文基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法建立5A06铝合金与AZ31B镁合金对接搅拌摩擦焊（FSW）的全热力耦合数值模型,并结合试验测试对Al/Mg异种金属FSW过程的温度场及材料混合流动特征进行研究。数值模拟所得特征点的温度循环曲线、焊缝表面形貌以及横截面上异种材料的混合分布状态均与试验结果吻合良好。在此基础上,采用质点追踪法对材料混合流动行为进行了深入分析。结果显示,高温区集中分布在轴肩下方区域,返回侧(Mg侧)温度较低温度梯度较大。焊缝区上表面材料熔合线偏向于前进侧(Al侧)。搅拌针附近材料流动剧烈,前进侧和返回侧的大部分材料都较均匀地沉积于搅拌针后方。前进侧与返回侧材料在水平和竖直方向上的交叉混合流动,最终形成了两种材料“咬合式”的界面特征。     

工艺参数对铝合金静轴肩搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

采用自主设计的静轴肩搅拌摩擦焊设备对3 mm厚2024铝合金进行了搭接试验,研究了焊接速度及搅拌头旋转速度对焊缝成形的影响规律。研究表明,工艺参数不当时,焊核会形成未结合的冶金界面。焊缝表面缺陷与转移至焊缝上部的金属量有关。随着焊接速度的增加或者旋转速度的减小,焊核区宽度与界面迁移高度减小,界面迁移深度(水平迁移距离)增大。     

低碳钢与紫铜搅拌摩擦焊接头显微组织分析

用搅拌摩擦焊焊接了4 mm厚的Q235低碳钢板和T2紫铜板,得到了内部无缺陷、外观成形良好、无变形的对接接头.研究表明,低碳钢紫铜接头的显微组织与其所受到的热和力作用大小有关.在接头钢侧,轴肩挤压区有较大的变形,组织发生动态再结晶后形成了细小的等轴晶铁素体;在探针附近的热影响区,经历的应变较小,组织则由变形的先共析铁素体和侧板条铁素体组成.在接头铜侧热影响区的晶粒受热长大,而热力影响区的铜由于发生了动态再结晶,晶粒细小.在焊核区,上部主要由钢、铜薄层交叠组成;焊核中下部为钢、铜及钢与铜形成的化合物交叠组成的漩涡状条带,其中铜条带的组织为细小的等轴晶,钢条带的组织为细小的等轴晶或先共析铁素体 侧板条铁素体组织.     

紫铜与低碳钢厚板搅拌摩擦焊工艺分析

用搅拌摩擦焊方法成功焊接了 10 mm 厚的紫铜与低碳钢板,得到了内部无缺陷、外观成形良好的接头.紫铜位于搅拌摩擦焊返回边时,能使焊缝形成良好接头.反之,位于前进边时则有沟槽和未焊合等缺陷.右旋螺纹搅拌针会使焊缝材料向上作螺旋形运动,接头有明显的轴肩影响区,缺陷容易在焊缝底部出现.左旋螺纹搅拌针使搅拌针周围的塑化金属向下迁移,在焊缝下部形成明显的呈"洋葱环"形焊核区,缺陷容易在焊缝上部出现.搅拌针偏移量对焊缝形貌有较大影响.接头抗拉强度达 233 MPa,为铜母材强度的 95%,断裂位置在铜侧热影响区.焊核区抗拉强度达 296 MPa,远超过紫铜母材的强度.

Abstract：

The joining of dissimilar metals, T2 copper and Q235 mild steel plates with 10 mm thickness, is carried out in friction stir welding. Excellent welds can be gained when copper is fixed at the retreating side, but defects can be produced in welds when copper is fixed at the advancing side. The pin shapes influence the flow of the plasticized metal in the weld, which results in the variety of the morphology of the weld. If the screw thread on the pin is clockwise, the metal around the pin will move upwards to the root of the pin, which causes that the shoulder affected zone is clear and the weld defects would form at the lower part of the weld section. If the screw thread on the pin is counter-clockwise, the metal around the pin will move downwards, which drives the metal around the pin tip to move around and upwards. The onion ring pattern, which appears like lamellar structure, is observed in the stir zone. The shoulder-affected zone is not clear; the weld defects will form at the upper part of the weld section. Various pin offsets will affect the flow of weld metal. If an optimization of the process parameters is performed, defeet-free joints can be formed. The tensile test results show that the maximum joint tensile strength can reach 233 MPa, which is 95% of the parent materials of copper, and the fracture happens in the HAZ of copper. The maximum tensile strength of the nugget zone can reach 296 MPa, which is very considerably larger than that of the parent materials of copper.