铜/铝搅拌摩擦搭接接头界面组织及性能研究

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铜/铝两种金属熔点差异大,传统连接技术连接时接头易出现氧化、大量脆性相产生、空洞等缺陷。本文利用搅拌摩擦连接技术实现工业纯铝/T2紫铜、工业纯铝/Zn箔/T2紫铜之间的连接,分析了工艺参数对焊缝成型、接头界面显微组织及力学性能的影响。研究了加Zn箔连接后铜/铝接头界面组织生长行为。采用搅拌摩擦焊以搭接的方式实现铜/铝的连接,固定其它参数,仅焊接速度、搅拌头旋转速度或下压量改变,焊缝表面成型,焊缝横截面隧道缺陷,界面过渡层组织、铜侧界面生成的Al2Cu金属间化合物层厚度都有明显变化。焊接速度65mm/min,搅拌头旋转速度775rpm,搅拌头倾角1.5°,搅拌头下压量0.1mm时,获得的试样抗剪强度最大为2.13k N。铜板、铝板中间加Zn箔进行铜/铝的搅拌摩擦连接,研究主要工艺参数因素对接头组织与性能的影响。搅拌头旋转速度在未加Zn箔时的参数基础上均需提高近300rpm才可以得到表面宏观成型较好的焊缝。接头横截面的隧道缺陷随着焊接速度、搅拌头旋转速度、Zn箔厚度、搅拌头下压量的变化有一些改变,但不够显著。参数组合为:焊接速度65mm/min,搅拌头旋转速度1475rpm,Zn箔厚度0.1mm,搅拌头下压量0.2mm,搅拌头倾角1.5°时获得的试样抗剪强度最大为2.04k N。接头横截面上铜侧水平方向硬度曲线呈现“W”状,但接头各微区硬度高于未加Zn箔的铜/铝搅拌摩擦焊接头。对加Zn箔连接后的铜/铝接头进行加热并保温处理,发现界面处过渡层组织长大或演变,以Al2Cu金属间化合物的厚度增大为典型代表,且温度升高更易于向Al4.2Cu3.2Zn0.7金属间化合物转变。当退火温度分别为300℃、350℃、400℃保温时,试样抵抗剪切断裂所承受的最大载荷随着保温时间的延长都有降低,400℃时降低的幅度更明显。表明界面组织对温度比较敏感,较高的温度更容易导致力学性能的显著降低。断口形貌特征上撕裂棱较窄、面积较小,这些信息充分证明断裂界面上强化相由于加热保温导致长大,减弱强化效应,抗剪试验中抵抗断裂能力降低,在较低剪切力作用下断裂。
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