渦輪增壓器傳動(dòng)軸摩擦焊界面特征與質(zhì)量控制.pdf

1、渦輪增壓器是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件,能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)升功率,提高燃油經(jīng)濟(jì)型,改善發(fā)動(dòng)機(jī)的排放,通常是由K418鎳基高溫合金和42CrMo合金鋼焊接而成,屬于典型的異種材料焊接。兩種材料之間的化學(xué)成分和機(jī)械性能存在很大差異,較難進(jìn)行焊接,雖然激光焊和電子束焊能夠?qū)崿F(xiàn)兩者的焊接,但是成本較高,推廣性差?，F(xiàn)在常用慣性摩擦焊來焊接 K418/42CrMo,具有高效化、成本低等特性,但是在同尺寸慣性摩擦焊接K418/42CrMo時(shí)會(huì)存在芯部焊接熱量不足、

2、焊縫熱量分布不均勻及焊接質(zhì)量不可控等問題。本課題提出通過界面約束來改善K418/42CrMo異種材料慣性摩擦焊接頭性能進(jìn)而控制焊接質(zhì)量,焊后對(duì)所得接頭進(jìn)行微觀組織觀察、能譜分析、拉伸測(cè)試及顯微硬度測(cè)試,具體研究?jī)?nèi)容及主要結(jié)論如下:
　　①分析了在主軸轉(zhuǎn)速為3000 rpm、摩擦壓力為4MPa、頂鍛壓強(qiáng)為15MPa及界面約束分別為1mm、2mm、3mm、4mm和4.5mm情況下焊縫的宏觀變形規(guī)律及微觀特征,并且分析了界面約束和慣性摩

3、擦焊接過程中材料流動(dòng)之間的作用機(jī)理。
　?、诮缑婕s束下的K418/42CrMo慣性摩擦焊接頭顯微硬度值總體呈近似“Z”形分布,接頭的硬度最高點(diǎn)出現(xiàn)在變形區(qū),最低點(diǎn)出現(xiàn)在熱影響區(qū)位置。其硬度提升區(qū)域?qū)挾入S著界面約束從1mm增加到4.5mm呈上升趨勢(shì)。接頭顯微硬度變化在界面兩側(cè)各有特點(diǎn),在42CrMo側(cè)是發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,晶粒細(xì)化實(shí)現(xiàn)提高, K418側(cè)由類淬火作用及機(jī)械硬化實(shí)現(xiàn)提高。
　?、鄯治隽水惙N金屬K418/42CrMo慣

4、性摩擦焊接接頭出現(xiàn)界面結(jié)合不均勻的問題。通過調(diào)整工藝參數(shù),在界面約束為4mm時(shí),塑性材料流動(dòng)趨于平緩,焊接熱量增多,接頭不會(huì)出現(xiàn)該現(xiàn)象。
　　④在不同界面約束下焊接接頭界面發(fā)生了元素的擴(kuò)散,隨著界面約束的增加,其元素?cái)U(kuò)散寬度呈整體上升趨勢(shì),在界面約束為3mm時(shí),由于材料流動(dòng)的紊亂及焊縫保留熱量的減少使元素?cái)U(kuò)散寬度出現(xiàn)了下降。
　　⑤分析了慣性摩擦焊接過程中塑性42CrMo的流動(dòng)動(dòng)規(guī)律及 K418的變形規(guī)律,提出了不同界面約束