SiCp颗粒增强6061Al基复合材料等离子弧原位焊接的研究

摘要

颗粒增强铝基复合材料具有比强度高、比模量高、膨胀系数低、耐磨性良好等优异的综合性能，在航天、航空结构件、发动机耐热和耐磨部件等方面有着广阔的应用前景，成为当今金属基复合材料发展与研究的主流。然而由于铝基复合材料的特殊组织结构导致其焊接性很差，难以形成高强度焊接接头，成为该种材料走向工业应用的严重障碍，因此有必要系统地研究铝基复合材料焊接性。 本课题以SiCp/6061A1基复合材料为研究对象，以Ar+N2为离子气，Ar气为保护气，采用等离子弧焊接方法对其焊接工艺及合金化机理进行了系统的研究。利用金相显微镜、扫描电镜及X射线衍射分析仪等微观分析手段研究了复合材料等离子弧焊接接头微观组织及成分变化，利用硬度试验和拉伸试验研究了等离子弧焊接接头的力学性能。 研究表明填加Al—Si—Ti—Ni合金对SiCp/Al基复合材料进行等离子弧原位焊接，填加材料中Ti含量为5％时，可以有效抑制有害相Al4C3的生成，得到的焊缝组织较为致密，没有气孔、微观裂纹等缺陷，接头强度较之不加填充材料时有较大提高，达到226MPa，提高了接头的力学性能。 研究了使用Al—Si—Ti—Y合金片为填充材料对siCp/6061A1基复合材料进行等离子弧原位焊接时，焊缝组织和性能的变化。试验表明以A1—Si—Ti—Y合金片为填充材料时，可以细化晶粒获得致密的焊缝组织。在抑制有害相Al4C3的生成的同时，接头强度又有较大提高，达到240MPa，有效提高了接头的力学性能。此外还分析了Y对焊缝组织及接头力学性能的影响，研究表明在铝基复合材料焊接过程中添加稀土金属Y，可改善焊缝组织，提高焊缝强度、塑性和韧性。 对SiCp/Al基复合材料等离子弧原位焊接接头进行热处理后发现，热处理的最佳工艺为T6500℃固溶+时效。热处理后焊缝组织状况得到良好的改善，粗大的Al3Ti相变为短小棒状，消除了晶间偏析，组织更加均匀。热影响区组织中晶粒均得到比较明显的细化，比较接近母材晶粒的大小。焊接接头强度较未热处理时有了较大提高，达到255MPa，而且接头热影响区硬度基本恢复到母材水平。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2铝基复合材料概述

1.3铝基复合材料焊接研究现状

1.3.1熔化焊

1.3.2钎焊

1.3.3摩擦焊

1.3.4电阻焊

1.3.5扩散焊

1.3.6激光焊

1.4铝基复合材料焊接研究展望

1.5等离子弧焊概述

1.5.1等离子弧焊的定义

1.5.2等离子弧焊的工艺特点

1.5.3等离子弧焊的工艺参数

1.6本文研究内容

第二章试验材料及方法

2.1试验研究过程

2.2试验材料和试验设备

2.2.1试验材料

2.2.2试验设备

2.3试验方法

2.3.1试样制备

2.3.2焊接过程

2.4焊接接头力学性能测试

2.4.1显微硬度测量

2.4.2接头拉伸性能测试

2.5焊接接头组织结构分析

2.5.1金相显微观察

2.5.2扫描电镜组织观察

2.5.3 X射线衍射相分析

第三章填加一般合金片等离子弧原位焊接SiCp/AIMMCs工艺研究

3.1引言

3.2填加Al-Si-Ti-Ni合金时等离子弧原位焊接焊缝组织与成分分析

3.2.1焊缝组织分析

3.2.2焊缝组织成分分析

3.3填加Al-Si-Ti-Ni合金时等离子弧原位焊接接头力学性能分析

3.3.1 显微硬度

3.3.2拉伸性能及接头强度分析

3.4本章小结

第四章填加含稀土材料合金片等离子弧原位焊接SiCp/AIMMCs工艺研究

4.1引言

4.2填加Al-Si-Ti-Y合金时等离子弧原位焊接工艺

4.2.1焊缝组织观察

4.3.2焊缝组织成分分析

4.2.3稀土元素Y的加入在焊接过程中所起的作用

4.3填加Al-Si-Ti-Y合金时等离子弧原位焊接接头力学性能分析

4.3.1显微硬度

4.3.2拉伸性能及接头强度分析

4.4焊接熔池缺陷分析

4.4.1微观气孔

4.4.2枝晶偏析

4.4.3显微裂纹

4.5本章小结

第五章热处理对SiCp/AIMMCs接头组织与性能的影响

5.1 引言

5.2热处理对接头组织的影响

5.2.1热处理对焊缝组织的影响

5.2.2热处理对焊接接头热影响区组织的影响

5.3热处理对焊接接头力学性能的影响

5.3.1热处理对焊接接头硬度的影响

5.3.2热处理对焊接接头强度的影响

5.4稀土元素Y在热处理过程中对焊接接头组织和性能的影响

5.4.1 Y元素对热处理晶粒尺寸的影响

5.4.2 Y元素对热处理过程中晶粒长大的影响

5.4.3 Y元素对热处理后焊接接头性能的影响

5.5本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

在读学位期间发表的论文