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优质期刊推荐钢/铝搭接添加Sn-5%Zr粉末激光深熔焊接头微观组织研究--《湖南大学》2015年硕士论文
钢/铝搭接添加Sn-5%Zr粉末激光深熔焊接头微观组织研究
【摘要】：采用钢／铝结构件替代单一钢结构件,可获得良好减重效果,是实现车辆结构轻量化的有效途径,因而在现代交通运输工具中有广泛应用前景。激光深熔焊具有焊接速度快、过程稳定、能量密度高、焊接变形小等优点,成为钢／铝优质高效连接的重要方法,但激光深熔焊时,熔池内部Fe与Al易反应生成Fe-Al金属间化合物,恶化钢／铝接头力学性能。本文选取DP590双相钢与6016铝合金为研究对象,提出钢上铝下搭接、有无粉末添加的激光深熔焊实验方案,利用光学显微镜(OM)、带有EDS和EBSD探头的扫描电镜、X射线衍射仪、微机控制电子万能试验机等对钢／铝有无粉末添加接头的焊缝成形性、各区域微观组织、断口形貌、主要物相、相的分布、含量、晶粒大小及力学性能等进行系统研究,基于添加粉末前后焊缝成形、熔池冶金过程与焊缝组织改变,探讨添加粉末改善钢／铝接头性能的作用机理,研究结果期望为钢／铝结构件激光焊接的推广应用提供理论依据。
基于熔点低、沸点高Sn元素组成粉末,易熔化、不易挥发,添加到钢／铝中,可改变激光焊接熔池冶金过程和焊缝微观组织,Zr作为填充金属,能细化焊缝区晶粒大小,以及有关加入量方面的文献报道,确定Sn-5%Zr粉末作为钢、铝层间添加材料；基于1.4mmm厚DP590双相钢和1.2mmm厚6016铝合金平板试件添加Sn-5%Zr粉末的激光搭接深熔焊试验,发现粉末增加钢／铝界面熔宽,降低下层铝合金的熔化深度,改变熔池的流动方式,削弱激光对熔池的搅拌作用,阻碍Fe、Al大量搅拌相互混合,使反应的Fe、Al数量减少,进而使形成的Fe-Al金属间化合物的层厚度降低；此外,粉末还与熔池内部的合金化元素一起,改变与上层钢接触的熔体层的合金成分,进而影响熔体与钢基体的界面反应行为及生成相的种类及形貌特征,未添加粉末,钢／铝界面主要为FeAl2,FeAl5及FeAl3,而添加粉末,除新形成具有较好延性的FeSn,Fe3Sn及细化作用的ZrAl3等生成相外,界面层Fe-Al金属间化合物脆性相与延性相的比例发生改变,其中富铝相减少,富铁相增多；未添加粉末,与母材区相比,钢／铝接头焊缝区铁素体、马氏体的平均晶粒尺寸较大,分布不均匀,相体积分数变化较大；而添加粉末,焊缝区铁素体与马氏体的平均晶粒尺寸减少,分布均匀,相体积分数变化不大,添加粉末没有恶化上层双相钢的相组成。由于添加Sn-5%Zr粉末增加钢铝横向结合面积,提高焊合率,降低Fe-Al金属间化合物层厚度,及新形成具有较好延性的FeSn,Fe3Sn,及细化作用的ZrAl3等相,因而添加粉末改善钢／铝搭接激光深熔焊接头力学性能。
【关键词】：
【学位授予单位】：湖南大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：TG407;TG456.7【目录】：
摘要6-7Abstract7-14第1章 绪论14-26 1.1 课题背景及意义14-15 1.2 激光深熔焊接技术15-19
1.2.1 激光深熔焊技术的发展15-16
1.2.2 激光深熔焊技术原理16-17
1.2.3 激光深熔焊的技术优点17-18
1.2.4 钢/铝激光深熔焊存在的难题18-19 1.3 钢/铝激光深熔焊接研究进展19-24
1.3.1 钢/铝激光深熔焊接工艺的研究进展20
1.3.2 钢/铝焊接添加材料的研究进展20-24 1.4 本论文的研究内容24-26第2章 钢/铝搭接激光深熔焊实验设备及方案26-35 2.1 试验材料26-27 2.2 试验设备27-28
2.2.1 激光器27
2.2.2 执行机构27-28
2.2.3 焊接夹具28
2.2.4 气体保护装置28 2.3 试验方法28-32
2.3.1 焊接试验方案28-30
2.3.2 剪切拉伸性能测试30
2.3.3 金相显微观察30-31
2.3.4 高分辨率扫描电镜分析技术31-32 2.4 第一性原理理论基础及模拟软件32-34
2.4.1 第一性原理32-33
2.4.2 CASTEP计算软件简介33-34 2.5 本章小结34-35第3章 钢/铝搭接添加Sn-5%Zr粉末激光深熔焊接头微观组织研究35-57 3.1 钢/铝接头焊缝区显微组织35-45
3.1.1 焊缝金相分析35-36
3.1.2 焊缝组织分布36-45 3.2 钢/铝界面层显微组织45 3.3 钢/铝界面层元素分布45-47 3.4 钢/铝接头界面层相结构分析47-56 3.5 本章小结56-57第4章 Sn-5%Zr粉末改善钢/铝接头性能的作用机理57-70 4.1 接头性能与断口形貌57-59
4.1.1 焊接试样的剪切力学性能57-58
4.1.2 试样断口分析58-59 4.2 焊缝成形性对接头性能的影响59-64
4.2.1 焊缝微观形貌59-61
4.2.2 焊缝宏观形貌61-64 4.3 熔池冶金过程的改变对接头性能的影响64-67 4.4 焊缝区组织改变对接头性能的影响67-68 4.5 粉末改善钢/铝接头性能的理论机理68-69 4.6 本章小结69-70总结与展望70-72参考文献72-77致谢77-78附录A 攻读硕士期间发表的论文78
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