收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

铝合金搅拌摩擦点焊过程及其动态再结晶数值模拟

高增  
【摘要】:搅拌摩擦点焊是在“线性”搅拌摩擦焊基础上发展起来的一种新型固态连接技术,可用来取代电阻点焊和铆接等传统点连接工艺,尤其对于铝合金等轻质合金的连接具有独特的优势,目前已经在航空航天、汽车工业、船舶制造等领域得到了广泛的青睐与认可。但其理论研究水平却远远落后于实际应用的需求,许多关键性的问题,比如焊接过程中的传热机制、热塑性材料的流动形式以及显微组织的演变规律等,还没有得到深入的研究,阻碍了该先进技术的推广与应用。 本文主要针对搅拌摩擦点焊过程中目前的几个热点问题,首先研究了焊接工艺参数对焊接过程温度场和下压力的影响规律。在试验过程中对接头附近区域的温度场进行了实时测量,得到了焊接过程中温度场在时间和空间上的分布规律。结果表明焊接温度会随着搅拌头转速的提高而增加,但当转速增加到一定程度后,接头温度虽然有所增加,但其增加幅度明显降低;同时焊接温度随着下压速度的提高而增加;当搅拌头达到预定深度后,在工件中停留时间的延长并不能显著提高焊接温度;在轴肩接触到工件材料之前,搅拌头承受的下压力随着转速的提高而逐渐降低,而当轴肩接触到工件材料之后,搅拌头承受的下压力迅速上升。 其次,分析了接头中典型区域如搅拌区、热力影响区和热影响区的显微组织特征,包括晶粒形态、晶粒尺寸和位相角的分布等。搅拌区主要由经历了几何动态再结晶的细小等轴晶粒组成,随着搅拌头旋转速度的降低,搅拌区的晶粒尺寸也逐渐变小。不同工艺参数下的搅拌区位相角分布类似,其中15°以上的大角度位相角和5°以下的小角度位相角所占比例都很大,分别为45%和51%左右。热力影响区主要由发生了部分几何动态再结晶的晶粒构成,这个区域的晶粒尺寸变化范围很大。热影响区的晶粒形态与母材类似,只是经历了热循环作用,晶粒发生了长大。 然后,建立了搅拌摩擦点焊过程温度场和热力耦合数值模型,并将基于位错密度演化的几何动态再结晶物理模型耦合到数值模型中,对焊接过程中的温度场、应变场、应变速率场、材料流动以及显微组织结构等进行了预测。构建显微组织演变模型的基本思路是位错密度决定亚晶粒尺寸,亚晶粒尺寸进一步决定几何动态再结晶晶粒的大小,但是否发生几何动态再结晶取决于材料中的应变是否超过临界应变。通过比较数值模拟和试验测量的温度场数据和晶粒尺寸数据,验证了所建数值模型的正确性和实用性。 最后,根据数值模拟得到的搅拌区温度场数据、应变和应变速率数据,在Gleeble-3800上对搅拌区的显微组织演变进行了物理模拟试验。由于搅拌区材料经历的应变和应变速率都非常大,用常规的热压缩与热拉伸试验很难达到相应的变形条件,因此采用热扭转来进行搅拌区显微组织的物理模拟。分析了热扭转试样相应区域的显微组织特点。在热扭转试样中,只要发生了几何动态再结晶,其晶粒尺寸相近,主要取决于变形温度,而应变和应变速率对晶粒尺寸影响并不大,这与接头搅拌区的晶粒尺寸演变类似。而热扭转试样中15°以上的大角度位相角所占比例约为搅拌区中的一半左右。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 邓小虎;张立文;何燕;裴继斌;卢愈;;应变速率对金属动态再结晶影响的数值模拟[J];塑性工程学报;2007年02期
2 邓小虎;张立文;卢瑜;裴继斌;;动态再结晶过程的三维元胞自动机模拟[J];金属热处理;2009年04期
3 谢章龙;刘振宇;王国栋;;低碳9Ni钢的动态再结晶数学模型[J];东北大学学报(自然科学版);2010年01期
4 王丽君;关小军;禹宝军;赵健;;热加工材料动态再结晶介观组织模拟模型的研究进展[J];山东大学学报(工学版);2010年03期
5 王琴;方绿频;;动态再结晶过程的定量化可视化元胞自动机模拟[J];机械工程学报;2011年22期
6 麻晓飞;;动态再结晶过程的元胞自动机模拟[J];热加工工艺;2012年02期
7 金泉林;一个新的动态再结晶过程的分析模型[J];塑性工程学报;1994年01期
8 何宜柱,雷廷权,高甲生,陈大宏;动态再结晶细化模型[J];华东冶金学院学报;1995年02期
9 何宜柱,陈大宏,雷廷权,黄丽萍;动态再结晶动力学模型的研究[J];华东冶金学院学报;1995年02期
10 杜随更,吴诗,段立宇,程功善;初始动态再结晶过程中的位错动态行为[J];西北工业大学学报;1997年03期
11 朱远志,杨扬,杨军军;高速变形条件下的动态再结晶机制的研究进展[J];铝加工;2000年03期
12 李龙飞,杨王玥,孙祖庆;珠光体对铁素体动态再结晶的影响[J];北京科技大学学报;2005年02期
13 肖宏,柳本润;采用Cellular automaton法模拟动态再结晶过程的研究[J];机械工程学报;2005年02期
14 关奎英;唐荻;武会宾;谢勇;孙全社;;高强度钢的动态再结晶行为研究[J];山东冶金;2007年02期
15 卢瑜;张立文;邓小虎;裴继斌;王赛;张国梁;;纯镍动态再结晶过程的元胞自动机模型[J];塑性工程学报;2008年02期
16 卢瑜;张立文;邓小虎;裴继斌;王赛;张国梁;;纯铜动态再结晶过程的元胞自动机模拟[J];金属学报;2008年03期
17 周杰;骆刚;权国政;;基于热力耦合的42CrMo曲轴预成形动态再结晶模拟分析[J];热加工工艺;2009年23期
18 张传滨;刘洁;张进学;范光伟;;核电用304不锈钢动态再结晶数学模型的建立[J];铸造设备与工艺;2011年01期
19 胡伟华;康永林;唐兴昌;;321奥氏体不锈钢动态再结晶的研究[J];特殊钢;2012年06期
20 夏玉峰;赵磊;余春堂;权国政;周杰;;42CrMo钢动态再结晶的临界条件[J];材料热处理学报;2013年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何燕;张立文;牛静;;利用元胞自动机方法模拟多晶金属材料的动态再结晶过程[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
2 史志远;马长文;;35K钢的动态再结晶模型研究[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
3 曲杰;金泉林;;伴随动态再结晶的黏塑性本构关系的材料参数识别[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
4 陈翔;韩忠;卢柯;;动态再结晶主导的磨损机制转变[A];第十一届全国摩擦学大会论文集[C];2013年
5 张羊换;;微合金化钢的动态再结晶及沉淀强化的研究[A];第八届全国塑性加工理论与新技术学术会议论文集[C];1999年
6 李龙飞;杨王玥;孙祖庆;;低碳钢在700℃变形时的铁素体动态再结晶[A];2001中国钢铁年会论文集(下卷)[C];2001年
7 张鹏;秦鹤勇;谢静;熊运森;;GH4698动态再结晶行为研究[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
8 赵欣;张奎;李兴刚;李永军;何庆彪;孙建锋;;Mg-Y-Nd-Gd-Zr稀土镁合金动态再结晶实验研究[A];中国有色金属学会第十二届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2007年
9 刘伟;廖书全;张剑锋;涂益友;蒋建清;;钒微合金化对高碳钢动态再结晶行为影响[A];2009热轧钢材组织性能预报研究与应用学术研讨会文集[C];2009年
10 刘李斌;刘雅政;何建中;李扬;常大勇;;CSP工艺生产X60管线钢轧制过程中的动态再结晶特性[A];2005中国钢铁年会论文集(第4卷)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 季海鹏;基于元胞自动机法的316LN不锈钢动态再结晶组织预测[D];燕山大学;2013年
2 王丽君;桥梁钢热压缩变形动态再结晶行为的双尺度模拟[D];山东大学;2011年
3 曲杰;考虑动态再结晶的粘塑性本构模型的参数识别[D];清华大学;2004年
4 吕滨江;第二相对Mg-Zn-Zr-Y镁合金动态再结晶演变及热加工性的影响[D];重庆大学;2014年
5 王帅;GH4586合金动态再结晶行为及长期时效对其裂纹扩展特性的影响[D];东北大学;2011年
6 欧阳德来;TB6和TA15钛合金β锻组织演变及动态再结晶行为研究[D];南京航空航天大学;2011年
7 高增;铝合金搅拌摩擦点焊过程及其动态再结晶数值模拟[D];河南理工大学;2012年
8 乔艳党;纯镁温轧与冷拉拔中的动态再结晶、织构及性能的研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
9 邓小虎;金属热变形及焊缝凝固过程的元胞自动机模拟[D];大连理工大学;2009年
10 李烁;超低碳RAFM钢的组织与性能研究[D];北京科技大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵晓东;304不锈钢热变形条件下动态再结晶行为研究[D];太原科技大学;2009年
2 赵健;桥梁钢热压缩过程中动态再结晶的实验研究与有限元模拟[D];山东大学;2010年
3 韩振强;基于Monte Carlo方法的金属动态再结晶组织模拟[D];山东大学;2007年
4 蒋树农;高纯多晶铝动态再结晶的实验研究[D];中南大学;2004年
5 卢瑜;纯铜及纯镍动态再结晶过程的二维元胞自动机模拟[D];大连理工大学;2008年
6 刘宁;403Nb动态再结晶及热变形组织演变研究[D];昆明理工大学;2008年
7 齐珂;核电用钢316LN动态再结晶行为实验研究与数值模拟[D];上海交通大学;2014年
8 何燕;金属材料动态再结晶过程的元胞自动机法数值模拟[D];大连理工大学;2005年
9 刘凯;300M钢的热态变形特性及其动态再结晶模型研究[D];南昌航空大学;2012年
10 贾耀军;7050铝合金热变形和动态再结晶行为的实验研究和数值模拟[D];重庆大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 ;通过动态再结晶细化铸态奥氏体晶粒[N];世界金属导报;2004年
2 刘李斌 刘雅政 何建中 李扬 常大勇;CSP工艺生产X60管线钢轧制过程中的动态再结晶特性[N];世界金属导报;2005年
3 朱革媚 译;CSP集成技术的最新进展[N];中国冶金报;2006年
4 陶少清;以先进的显微组织控制技术生产汽车板[N];世界金属导报;2003年
5 Hamed Mirzadeh Abbas Najafizadeh 陈宁 译;17—4PH不锈钢组织变化研究有进展[N];中国冶金报;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978