碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料攪拌摩擦焊與流場模擬.pdf

1、本文論述了碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料攪拌摩擦焊與流場模擬。 碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有良好的比剛度、比強(qiáng)度、比模量以及高耐磨性，有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景，但是由于碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的焊接問題沒有得到良好的解決，制約了它的應(yīng)用和發(fā)展。英國焊接研究所（TWI）提出了攪拌摩擦焊接的專利技術(shù),是一種新型的固相連接技術(shù)，與傳統(tǒng)的焊接方法相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被應(yīng)用于許多領(lǐng)域，但這種新興焊接方式的應(yīng)用研究仍然是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

2、 本文被焊母材金屬為碳化硅顆粒增強(qiáng)2024鋁基復(fù)合材料，采用自行設(shè)計(jì)制作的攪拌頭進(jìn)行攪拌摩擦焊試驗(yàn)。SiC顆粒作為鋁基復(fù)合材料中的增強(qiáng)相，有著非常高的硬度，對攪拌頭的硬度和耐磨性要求很高。GT35鋼結(jié)硬質(zhì)合金具有很高的硬度以及良好的物理性能，并且具有優(yōu)良的可機(jī)加工性能。攪拌頭采用基座和攪拌針分體裝配連接結(jié)構(gòu)，采用GT35鋼結(jié)硬質(zhì)合金制作攪拌頭的前端攪拌針，使用45號鋼做成基座。通過試驗(yàn)比較凹凸槽釬焊連接攪拌頭和螺紋連接攪拌頭性能的

3、優(yōu)劣，確定選用螺紋連接攪拌頭的設(shè)計(jì)方案。采用螺紋連接攪拌頭焊后的焊縫光滑平整。 攪拌摩擦焊采用轉(zhuǎn)速1000r/min，前進(jìn)速度200mm/min，下壓量5.1mm，攪拌頭傾角2.5o的參數(shù)進(jìn)行攪拌摩擦焊試驗(yàn)。焊縫的抗拉強(qiáng)度為113MPa~122MPa , 僅為母材的40％左右。焊接試驗(yàn)后，對攪拌摩擦焊接頭進(jìn)行力學(xué)性能檢測以及焊縫宏觀、微觀組織分析和斷口掃描分析，探討攪拌摩擦焊工藝因素和冶金因素對焊接接頭性能的影響。發(fā)現(xiàn)攪拌頭對焊

4、縫兩側(cè)作用力的不同、焊接過程晶粒再結(jié)晶以及SiC顆粒的堆積是造成焊接接頭與母材組織和性能差異的主要原因。 應(yīng)用流體動(dòng)力學(xué)理論構(gòu)建攪拌摩擦焊過程的物理模型，用連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程組成一個(gè)非線性、全耦合的控制方程，描述攪拌摩擦焊過程中材料的塑性流動(dòng)。建模時(shí)將鋁基復(fù)合材料看作是高粘度、非牛頓、不可壓縮的流體以穩(wěn)態(tài)、層流的方式繞過一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓錐狀帶螺紋探針。 建立了沿焊縫縱向截面攪拌頭有螺紋、無傾角和攪拌頭有螺