电场对摩擦焊缝组织与性能的影响

【摘要】： 本文结合电场中同种和异种合金的连续驱动摩擦焊接过程，采用实验研究、理论分析和数理统计的方法，探索了电场在同种和异种合金摩擦焊接过程及焊后热处理过程中的应用；揭示了外加电场对摩擦焊接头焊合区金属发生动态再结晶的过程、机制、热力学条件、变形本构关系、晶粒尺寸及其它力学冶金行为的影响；并探讨了电场对同种和异种金属摩擦焊接头组织与室温力学性能的影响与作用机制。 首次实现了电场中同种或异种金属的摩擦焊接过程。采用本文提出的测量摩擦界面温度的标准-自然热电偶测温法，并结合焊接过程中的组织分析、微区应变速率分析及摩擦扭矩测量等实验方法，测定了电场作用下焊合区金属的组织变化特征以及相关的热变形参数。通过分析高温、大变形速率下金属变形时的位错行为，提出了电场对摩擦焊缝金属发生初始动态再结晶热力学条件的影响机制。并在理论分析基础上，根据测试结果，采用数理统计方法建立了电场条件下的LY12CZ合金摩擦焊接过程中，初始摩擦系数的经验公式、焊合区金属的初始动态再结晶的临界热力学条件、持续动态再结晶过程的流动方程、动态再结晶平均晶粒尺寸的计算模型，探讨了强电场对摩擦焊接过程中初始摩擦系数、临界流动应力和动态再结晶平均晶粒尺寸等的影响规律。此外，运用金属电性原理、扩散理论、金属物理学理论和量子力学的相关理论与研究方法，提出了LY12CZ合金在电场中摩擦焊接头焊合区金属变形表观激活能和应变敏感性指数的计算模型。 其次，从微观和细观角度，系统研究了电场下LY12CZ合金摩擦焊接头焊合区组织、微结构、第二相和位错组态等的演变规律，运用定量金相技术获得了有、无电场作用时动态再结晶区与焊合区的晶粒尺寸和晶粒轴比变化数据。探讨了电场对LY12CZ合金摩擦焊接头室温力学性能的影响，以及对LY12CZ合金摩擦焊接头焊合区金属扭转断口形貌的影响规律，建立了焊接参数、电场强度与焊接接头室温扭转性能的统计关系式。 最后，定量分析了外加电场对紫铜与不锈钢摩擦焊接头焊合区显微组织特征、主要合金元素在焊接界面的扩散行为以及室温扭转性能的影响规律；并对紫铜与不锈钢摩擦焊接头进行了焊后电场复合热处理，计算和分析了电场复合热处理过程中异种金属摩擦焊接头主要合金元素在焊接界面处的扩散系数和扩散激活能，以及电场强度对其的影响规律，从而揭示了电场通过扩散过程对异种摩擦焊接头的组织与性能产生影响的作用原理。