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镁基复合材料(TiC_p/AZ91D)瞬间液相扩散连接研究

谷晓燕  
【摘要】: 本文提出了纯铜、纯铝中间层镁基复合材料TLP连接接头设计思想,首次系统地研究了镁合金、镁基复合材料TLP接头形成过程;接头组织结构特点;连接温度和连接时间对接头组织与力学性能的影响规律及TLP接头形成过程数值模拟。研究结果表明,采用纯铜(或纯铝)中间层,镁合金TLP连接接头形成过程包括塑性变形及固相扩散、中间层及母材熔化、等温凝固及固相均匀化四个阶段。在一定连接温度条件下,纯铜中间层镁合金TLP接头的组织主要为α-Mg和CuMg2;纯铝中间层镁合金TLP接头的组织主要为α-Mg和Al12Mg17;随着连接时间增加,接头剪切强度提高;但过长的连接时间导致接头剪切强度降低。中间层材料、连接温度和连接时间对镁基复合材料(TiCp/AZ91D)TLP接头组织与力学性能具有明显的影响。纯铜中间层TiCP/AZ91D TLP接头的组织主要为α-Mg,CuMg2和TiC;纯铝中间层接头的组织主要为α-Mg,Al12Mg17和TiC;接头组织的突出特点是TiC颗粒偏聚于接头中心区。接头中TiC的存在主要归因于母材的熔化,而TiC颗粒的偏聚则主要归因于等温凝固过程中固-液界面的推移。在一定的连接温度条件下,随着连接时间的增加,接头中Cu(或Al)含量降低,化合物(CuMg2、Al12Mg17)量减少,接头剪切强度有增加的趋势,但过长的连接时间易导致接头晶粒粗化,影响接头的力学性能。随着连接温度的升高,TiCp/AZ91D TLP接头的剪切强度提高,但过高的连接温度导致接头力学性能降低。 通过对控制方程的离散,建立了等温条件下两相界面移动的模型。通过模型计算得到的液相层最大宽度不超过理论计算值,表明模型遵守溶质守恒定律。利用本数值模型可以预测TLP连接中间层及母材熔化、等温凝固所需的时间;模拟TLP连接中间层及母材熔化、等温凝固过程中溶质的分布;选择最佳的TLP连接参数。


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