DP600与DC54D焊点宏微观结构、力学性能及连接机理研究

摘要

随着汽车工业的快速发展，人们对汽车安全性、乘用舒适性和环保性等提出了越来越高的要求，对制造技术的发展及新材料的应用也提出了严峻的挑战。汽车轻量化技术的发展为实现节能减排、可持续发展开辟了途径。双相钢较低的屈强比、高的初始加工硬化率、良好的强度和塑性配合等优点，成为汽车轻量化首选高强钢钢种之一。超低碳的无间隙原子钢DC54D凭借优异的超深冲压性能，在汽车覆盖件中占据了重要的地位。双相钢与超低碳钢板的组合使用，极好地满足了汽车对减重、安全、节能、环保和耐蚀性等的要求。同时，电阻点焊是白车身生产中应用最为广泛的连接方式。因此，对DP600与DC54D的焊点进行研究，对实际生产具有重要的理论和指导意义。
　　本研究主要内容包括：⑴采用电阻点焊的方法，以1.6mm DP600双相钢和1.0 mm DC54D超低碳钢板为研究对象，对DP600和DC54D焊点的宏/微观结构、连接机理、力学性能及失效行为进行了研究。研究主要包括以下几个方面：焊接电流、焊接时间和电极压力对DP600(1.6)和 DC54D(1.0)焊点宏观性能、焊点显微组织演变、不同区域显微组织特征及力学性能的影响；DP600与DC54D点焊过程中，熔核形成及连接机理研究；DP600与DC54D焊点载荷作用下的失效破坏行为及断裂机制。⑵正交试验得出，点焊工艺参数为焊接电流I=9 kA，焊接时间T=14 cycles，电极压力F=2.6 kN时，焊点具有较高的力学性能。利用控制变量的方法，分别研究了不同点焊参数对熔核直径，焊点压下量和焊点微观组织的影响。研究发现：随着焊接电流，焊接时间和电极压力的增加，熔核直径均先增加后减小，但是飞溅发生时，熔核直径和压下量均减小，导致拉伸剪切强度的降低。⑶根据焊接热循环的作用，焊点显微组织可以分为：熔核区（FZ），热影响区（HAZ）和母材区（BM）。熔核区组织为粗大的板条马氏体。根据显微组织的不同，DP600热影响区可以分为三个亚区：粗晶区，细晶区和两相区。熔核区组织由粗大的板条马氏体组成，热影响区粗晶区显微组织为粗大的块状马氏体晶粒，细晶区为细小的马氏体组织，两相区为细小的马氏体晶粒混合着铁素体晶粒，母材区显微组织为铁素体基体上分布着颗粒状的马氏体组织；DC54D热影响区为粗化的铁素体晶粒，而DC54D母材为等轴的铁素体晶粒。⑷在DP600与DC54D点焊过程中，对其熔核形成及连接机理进行研究发现：当焊接时间较短时，焊接热输入较小母材未熔化，但是由于电极头循环水的散热作用，对角线方向具有最快的散热速度，形成“蝴蝶型”的热影响区，显微组织为细小的马氏体组织；当焊接时间为4 cycles时，母材熔化形成熔核区，但是由于熔核偏移的作用，B-4的熔核形状类似蝶形。当焊接时间增加到14 cycles时，三种搭接方式焊点区域为“狗骨头”形，熔核区为“面包条”形。熔核区组织为粗大的板条马氏体，而且在电极压力的作用下，焊点处的锌元素被挤向四周。⑸通过对DC54D（1.0）/DC54D（1.0）和DP600（1.6）/DP600（1.6）焊点载荷作用下的失效破坏行为及断裂机制对比分析发现：DP600（1.6）/DC54D（1.0）拉伸剪切失效模式为典型的界面断裂，在拉伸剪切试验断裂过程中，焊点显微组织没有发生变化，断裂在两板针状缺口处发生，沿着熔核与DC54D热影响区的边缘扩展；DP600/DC54D（1.6/1.0）母材撕裂失效模式：随着拉伸位移的增加，焊点一侧DC54D热影响区和母材区发生弯曲变形，由于DP600强度较高未发生变形，另一侧板变薄。当变形达到一定临界值时，弯曲处由于加工硬化不再发生变形，断裂在另一侧缩颈处发生。晶粒取向由断裂前的<111>方向转变为<101>方向，而且晶粒被拉长到70-80μm左右，变形量高达200-300％。

目录

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 车用高强钢

1.3 电阻点焊原理及国内外研究现状

1.4 课题来源及主要内容

2 实验材料、方法及设备

2.1 试验材料

2.2 试验方法及设备

3 点焊参数对DP600(1.6)和DC54D(1.0)焊点组织结构和力学性能的影响

3.1 正交试验设计及结果

3.2 焊点宏微观结构

3.3 焊点力学性能

3.4 本章小结

4 DP600与DC54D点焊中熔核形成及连接机理

4.1 熔核形成点焊参数设计

4.2 熔核形成及连接机理

4.3 焊点力学性能

4.4 本章小结

5 DP600与DC54D焊点载荷作用下的失效破坏行为及断裂机制

5.1 点焊参数选择及工艺设计

5.2 DP600（1.6）与DC54D（1.0）焊点界面断裂失效行为及断裂机制

5.3 DP600（1.6）与DC54D（1.0）焊点界面母材撕裂失效行为及断裂机制

5.4 DP600（1.6）与DP600（1.6）焊点界面断裂失效行为及断裂机制

5.5 DC54D（1.0）与DC54D（1.0）焊点母材撕裂失效行为及断裂机制

5.6 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录作者在攻读学位期间发表的论文目录