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原位自生纳米Al3Ti颗粒对搅拌摩擦焊焊核区域的影响

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软件简介

 摘 要

利用搅拌摩擦焊能产生瞬时高温和强烈材料变形的特性,通过开槽的方式引入钛粉或铝钛混粉,使得铝与钛在焊接过程中原位发生剧烈反应生成金属间化合物Al3Ti颗粒。经过仔细讨论并分析,探讨焊核内部的第二相分布区域以及形态以及焊前和焊后热处理过程晶粒结构和稳定性之间的关系。
结果表明,在6061铝合金中,添加钛粉以及混粉的样品中,随着道次数的增加,钛粉的分布越弥散,颗粒度越小,铝基体和添加的粉末之间的反应越充分。虽然在焊核不同区域反应程度以及方式不一,但总体上,焊核区域产生了大量的原位自生Al3Ti颗粒。对添粉焊后材料进行力学性能分析,可发现添粉组的力学性能有一定程度的提升。
对铝基体进行多道次焊接,在焊后热处理的过程后,可以观测到大量发生了异常晶粒长大的晶粒。与此同时添加钛粉的焊后热处理样品,异常晶粒区域面积大幅减小。这说明通过引入第二相颗粒的方式,可以有效抑制焊后热处理所产生的异常晶粒长大现象;并且随着道次数的增加,残留钛颗粒的分布逐渐弥散,异常晶粒长大抑制效果愈加明显,提升了焊核区域晶粒结构的热稳定性。

关键词:搅拌摩擦焊;第二相颗粒;晶粒热稳定性;异常晶粒长大
目 录


原位自生纳米Al3Ti颗粒对搅拌摩擦焊焊核区域的影响 I
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论及背景 8
1.1 搅拌摩擦焊 8
1.2 搅拌摩擦焊接的物理参数 8
1.2.1 搅拌摩擦焊接的加工参数 8
1.2.2 搅拌摩擦焊接的焊接方式 10
1.3 异常晶粒长大 11
1.4 研究背景 12
1.5 研究目标 13
1.6 研究内容 14
第二章 焊接方法以及实验设计 15
2.1 搅拌头的应用 15
2.2 焊料的制备 17
2.3 焊接方法的确定 21
2.4 焊接参数的选择 23
2.5 焊接工艺小结 26
第三章 宏观分析 27
3.1 焊核区域分析 27
3.2 钛颗粒于材料中的分布及宏观形态分析 30
4.3 宏观分析小结 37
第四章 力学性能分析 38
4.1 硬度表征 38
4.1.1 热处理前焊核区硬度参数表征 38
4.1.2 热处理后焊核区硬度参数表征 41
4.2 拉伸参数表征 44
4.3 力学性能小结 45
第五章 微观组织分析 46
5.1 Al3Ti在基体中的分布 46
5.1.1 I组(微米钛粉)中Al3Ti的分布 46
5.1.2 M组(球磨钛粉)中Al3Ti的分布 47
5.2 Al3Ti的产生机制 48
5.3 对于焊核区晶粒度的SEM表征 53
5.4 对于焊核区的EBSD表征 54
5.5 微观组织分析小结 56
第六章 结论 57
6.1 主要结论 57
第七章 创新与展望 58
7.1 主要工作与创新点 58
7.2 后续研究工作 58
参 考 文 献 59
致 谢 63
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 64
1.5研究目标
本研究的主要目标为主要在理解搅拌摩擦焊接过程中通过控制材料的流动以及热量输入的基础上,分析铝颗粒在搅拌摩擦的作用下的分布以及产生的金属间化合物的状态以及分布,最终分析其对于异常晶粒长大现象的作用;实验同时以理论研究以及实验结果相辅相成。具体包括;
1.通过搅拌摩擦焊接的方式,添加钛粉获取含有钛颗粒的铝基体搅拌摩擦焊核区,控制焊接的各种参数如走速,转速,下压量,道次数等来调控焊接结果。
2.在工艺上揭示影响钛分布的主要因素,产生金属间化合物的条件。
3.探寻在热处理前后弥散分布的Al3Ti颗粒对晶粒异常长大现象的抑制作用及其分布颗粒度的关系。

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