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机械工程学报 2024年第4期60卷 305-315页

作者：张婷婷许振波王艳卞功波王涛王文先太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心太原030024 太原理工大学材料科学与工程学院太原030024

针对传统热轧制备镁/铝合金复合板大下压率复合时异种金属协调变形差、界面氧化膜去除困难和金属间化合物层(Intermetallic compounds,IMCs)生成不易控制的问题,提出采用高频脉冲电流辅助一步轧焊成形制备镁/铝合金复合板的新方法。探讨... 详细信息

针对传统热轧制备镁/铝合金复合板大下压率复合时异种金属协调变形差、界面氧化膜去除困难和金属间化合物层(Intermetallic compounds,IMCs)生成不易控制的问题,提出采用高频脉冲电流辅助一步轧焊成形制备镁/铝合金复合板的新方法。探讨30 kHz、400 A、50%占空比的脉冲电流通电120 s作用,不同压下率复合板界面的结构形貌及结合强度。结果表明:压下率为16.8%时,复合板剪切强度最高,达到27.87MPa;不同压下率复合板横截面界面处均出现不同程度的熔融液相金属液珠挤出的现象,当压下率较小时(压下率为16.8%和22.3%)界面IMCs较厚,约为7.8μm,且界面呈现明显的“齿状”结构形貌;随着压下率的增大,IMCs逐渐减薄且界面形貌趋于平直。综合分析发现,高频脉冲电流辅助作用可实现镁/铝合金复合板的小压下率复合;其界面结合机理可归纳如下:镁/铝合金连接界面局部高温导致的界面微区部分母材金属熔化的熔钎焊接和原子扩散连接的冶金结合机理。分析其原因主要是连接界面微区局部高温并超过Mg-Al相图共晶温度形成的共晶液相,而界面局部高温一方面是异种金属连接界面待复合微区的局部接触电阻增大导致的瞬时高温;另一方面是高频脉冲电流在待连接界面微区的集肤和邻近效应导致的。

关键词：镁/铝合金复合板高频脉冲电流轧焊复合成形部分母材金属熔化冶金结合机理

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高频脉冲电流辅助轧焊制备镁/铝复合板工艺及其组织性能研究

高频脉冲电流辅助轧焊制备镁/铝复合板工艺及其组织性能研究

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作者：许振波太原理工大学

学位级别：硕士

镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、电磁屏蔽和阻尼性好等优异特性,但是其室温塑性和耐腐蚀性能差。铝合金具有强度高、耐腐蚀和机加工成形性能好等优点,将两种材料连接制备成复合材料可以发挥1+1大于2的优势,且镁/铝合金复合材料在... 详细信息

镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、电磁屏蔽和阻尼性好等优异特性,但是其室温塑性和耐腐蚀性能差。铝合金具有强度高、耐腐蚀和机加工成形性能好等优点,将两种材料连接制备成复合材料可以发挥1+1大于2的优势,且镁/铝合金复合材料在航空航天、机械运载装备等轻量化领域具有重要的工程应用价值。轧制复合技术操作简单、生产效率高,近年来被广泛应用于镁/铝合金复合板的制备。本文在传统热轧技术的基础上,提出采用高频脉冲电流辅助大气环境下在线加热并轧焊复合制备层状镁/铝合金复合板的新方法,电流的加载方式是通过上下两铜板直接加在板坯上。通过调整不同的轧制压下率、电流频率以及两板材放置方式,探讨不同脉冲电流和轧制参数下镁/铝合金复合板宏观形貌、连接界面微观形貌及复合板的力学性能,并进一步探究其界面结合机理。进行高频脉冲电流辅助镁合金在线升温有限元分析,探究镁合金板的电流场及温度场分布特征。根据有限元分析结果进行高频脉冲电流辅助轧焊制备缺口形镁合金复合板试验,对比不同加载频率(25 k Hz、50 k Hz、75 k Hz)参数下复合板连接界面和近界面组织演变特征以及镁合金复合板的力学性能;结果表明,随着频率的增大,连接界面复合效果呈现先升高后下降的趋势;当高频电流频率为50 k Hz时,镁合金复合板材的抗拉强度和延伸率最优,分别达到292.52 MPa和25.7%。进行镁/铝合金板材温度均匀分布条件下轧制有限元分析,根据有限元分析结果进行高频脉冲电流辅助平行轧焊制备镁/铝合金复合板试验,探讨了不同压下率复合板界面的结构形貌、元素分布及复合板的结合强度。结果表明:压下率为16.8%时,复合板剪切强度最高,达到27.87 MPa;不同压下率复合板横截面界面处均出现不同程度的熔融液相金属液珠挤出的现象,当压下率较小时(压下率为16.8%和22.3%)界面IMCs较厚,约为7.8μm,且界面呈现明显的“齿状”结构形貌;随着压下率的增大,IMCs逐渐减薄且界面形貌趋于平直。进行高频脉冲电流辅助镁/铝合金在线升温有限元分析,探究镁/铝合金电流场及温度场分布特征。根据有限元分析结果进行高频脉冲电流辅助呈角度轧焊制备镁/铝复合板试验,探讨了不同加载频率(20 k Hz、30 k Hz、40 k Hz)电流辅助作用下复合板连接界面和近界面组织演变特征及复合板力学性能,通过扫描电子显微镜观察界面组织形貌,通过EDS分析界面元素分布及成分组成,通过TEM分析界面的化合物成分及结合机理;30 k Hz试样的拉剪强度最高,达到46.6 MPa,且界面沿轧制方向出现形貌不同的元素扩散+金属熔化焊合的冶金结合特征。综合分析发现,高频脉冲电流辅助作用可实现镁/铝合金复合板的小压下率复合;其界面结合机理可归纳为,镁/铝合金连接界面局部高温导致的界面微区部分母材金属熔化的熔钎焊接和原子扩散连接的冶金结合机理。分析其原因主要是连接界面微区局部高温并超过Mg-Al相图共晶温度形成的共晶液相,而界面局部高温一方面是异种金属连接界面待复合微区的局部接触电阻增大导致的瞬时高温;另一方面是高频脉冲电流在待连接界面微区的集肤和邻近效应导致的。

关键词：镁/铝合金复合板高频脉冲电流轧焊复合成形部分母材金属熔化冶金结合

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