论文部分内容阅读
SiC颗粒增强铝金属基复合材料（简称SiCp／Al基复合材料）具有比强度高、比模量高、膨胀系数低、耐磨性良好等优异的综合性能，在航天、航空结构件、发动机耐热和耐磨部件等方面有着广阔的应用前景，成为当今金属基复合材料发展与研究的主流．然而由于SiCp／Al基复合材料的特殊组织结构导致其焊接性很差，难以形成高强度焊接接头，成为该种材料走向实用化的严重障碍，因此系统研究铝基复合材料焊接性已迫在眉睫。本文以SiCp／6061Al基复合材料为研究对象，采用等离子弧焊接方法（以Ar+N2为离子气、Ar为保护气）对其焊接工艺及合金化机理进行了系统的研究。利用金相显微镜扫描电镜及X射线衍射分析仪等微观分析手段研究了复合材料等离子弧焊接接头微观组织及成分变化，利用硬度试验和拉伸试验研究了等离子弧焊焊接接头的力学性能。研究发现，不加填充材料等离子弧焊接SiCp／6061Al基复合材料时，焊缝中生成了大量脆性相Al4C3，此外，焊缝中还存在较多孔洞、气孔、未熔合等缺陷，从而降低了接头的强度和综合性能。填加0.8mm钛片进行等离子弧原位焊接，不仅抑制了脆性相的形成，而且在焊缝中形成了TiN、TiC等新的增强相，从而保证了焊接接头的性能。力学性能试验表明，不加填充材料焊接时，试样拉伸强度仅为母材强度的31.24％，而加0.8mm厚钛片焊接时，试样强度则达到了母材强度的50.89％。对断口进行分析表明，断口主要表现为混合型脆性断口。以Ti-Si、Ti-Mg、Ti-Cu混合粉末作为填充物质对SiCp／6061Al复合材料进行等离子弧原位焊接，试验结果表明，填充Ti-Cu进行等离子弧原位焊接时形成的接头不理想，有针状脆性相Al4C3和Al2Cu生成，且有大量气孔存在，严重影响了焊缝接头的性能。但采用Ti-Si、Ti-Mg进行等离子弧原位焊接时接头组织致密，结合较好，未发现大量针状物质生成，从而有效地提高了接头的力学性能。试验中分别采用Ti-Si、Ti-Mg和Ti-Cu三种混合粉末所获得的强度依次为232.3MPa、204.7MPa和187.5MPa。在等离子气中加入氮气，分析了加入的氮气对焊缝成形、焊缝组织和性能的影响。结果表明，随氮气体积含量增大，焊缝熔深也相应增大。填加氮气还改善了熔池中的热循环状态和冶金反应，生成了TiN、AlN等新的增强相，有效地抑制了脆性相的生成，改善了焊接接头的性能。力学性能试验表明，采用Ar+N2作为离子气进行焊接时，焊缝硬度和强度都有提高。当N2体积含量约占15％时拉伸强度达到最大值233.5MPa。