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【6h】

Al-Cu-Mg-Ag/Ti轧制复合界面及Al-Cu-Mg-Ag合金搅拌摩擦焊工艺研究

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目录

摘要

第一章 文献综述

1.1 轧制复合

1.1.1 冷轧复合简介

1.1.2 连接质量评估

1.2 影响复合的参数

1.2.1 基本参数

1.2.2 表面状态

1.2.3 表面处理方法

1.2.4 润滑条件

1.2.5 轧后热处理

1.3 连接机制及成功连接归总说明

1.3.1 连接机制

1.3.2 轧制连接归总说明

1.4 搅拌摩擦焊

1.4.1 搅拌摩擦焊基本原理及特点

1.4.2 搅拌摩擦焊工艺特点

1.5 加工参数

1.5.1 搅拌头形状几何

1.5.2 焊接参数

1.5.3 接头设计

1.6 搅拌摩擦焊接的应用

1.6.1 航空航天领域

1.6.2 交通运输行业

1.6.3 其它领域

1.7 本文研究内容

1.7.1 Ti/Al-Cu-Mg-Ag轧制复合

1.7.2 Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金搅拌摩擦焊

第二章 实验方案及方法

2.1 复合板制备实验方案

2.1.1 制备方案

2.1.2 实验材料

2.1.3 工艺路线

2.2 复合板制备工艺

2.2.1 冷轧复合

2.2.2 轧后退火

2.2.3 铝合金层强化处理

2.3 界面组织、性能测试

2.3.1 扫描电镜观察(SEM)

2.3.2 X射线衍射物相分析

2.3.3 界面剪切强度测试

2.3.4 高温短时拉伸性能的检测

2.4 Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金板搅拌摩擦焊连接实验

2.4.1 搅拌摩擦焊接工艺路线

2.4.2 金相组织观察

2.4.3 拉伸性能测试

2.4.4 焊接接头硬度测试

2.4.5 接头组织TEM观察

第三章 冷轧复合工艺及扩散退火界面组织研究

3.1 冷轧复合工艺研究

3.1.1 表面状态对轧制复合的影响分析

3.1.2 压下量对冷轧连接的影响

3.2 退火处理对界面的影响

3.2.1 界面相的生成规律

3.2.2 界面相生成的热力学及动力学分析

3.3 本章小结

第四章 热处理制度对复合板力学性能的影响

4.1 扩散退火对复合板界面强度的影响

4.2 基层强化处理对复合板拉伸力学性能的影响

4.3 本章小结

第五章 Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究

5.1 实验方法

5.1.1 实验设备及方法

5.2 焊接接头组织分析

5.2.1 焊接接头宏观组织分析

5.2.2 焊接接头金相组织分析

5.2.3 焊接接头微观TEM分析

5.2.4 焊接缺陷分析

5.2.5 接头显微硬度分析

5.3 焊接接头拉伸性能及断口形貌

5.3.1 焊接工艺参数对焊接接头力学性能的影响

5.3.2 断口形貌分析

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

硕士期间的研究成果

声明

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摘要

Al-Cu-Mg-Ag合金及纯钛具有较高的比强度、优异的高温性能及良好的耐磨损性能。两种材料的长期服役温度分别达250℃及300℃,被广泛应用于航空航天领域。
   论文研究了采用冷轧复合的方式制备的Al-Cu-Mg-Ag/Ti双金属复合板材及Al-Cu-Mg-Ag合金搅拌摩擦焊连接,获得如下结论:
   (1)采用44%的压下量单道次冷轧可获得Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag/Ti双金属复合板。
   (2)扩散退火过程中,Al、Ti元素均为扩散组元;TiAl3相是优先生成相,具有最负的生成自由能;TiAl3层的增长主要发生在靠Al基合金一侧,具有线性增长动力学特征。
   (3)退火过程界面的发展分为两个阶段:第一阶段为TiAl3异质形核后在平行于接触面内的长大形成连续的TiAl3层;第二阶段即TiAl3层在垂直于界面方向上的增厚。退火12h后形成连续相层时,层间剪切强度达到最大值40MPa; TiAl3为脆性较大的金属间化合物,其形成连续层后,厚度的增加使得整个界面脆性变大,界面剪切强度下降。
   (4)复合板的抗拉强度始终介于Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金和纯钛强度之间,在测试温度范围内基本符合混合定律。
   (5)搅拌头转速1200r/min、焊接速度60mm/min的焊接工艺参数下,Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金获得良好的焊接接头,抗拉强度值达到409.5 MPa,为母材强度的82.8%。
   (6)研究了Al-6%Cu-0.5%Mg-0.4%Ag合金的接头组织,其特点为:焊核区组织发生完全动态再结晶,由细小、等轴晶构成;前进侧热机影响区与焊核区有明显的分界线,热机影响区晶粒内存在较多位错和亚晶结构;热影响区内晶粒及析出相较母材均发生了粗化。焊接接头各区晶粒内均发生了由Ω相和θ'相向θ相的转变,转变程度随着离焊缝中心距离的缩短而增大。

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