钢/铝异种材料在热力载荷共同作用下的结合行为研究

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实现汽车车身的轻量化是解决汽车节能减排问题的重要途径之一,其中钢铝一体化车身框架是当前实现汽车车身轻量化的主流趋势,这必然涉及到汽车所用低碳钢与铝合金的连接问题。  本文针对热镀锌低碳钢和6022-T4铝合金的电阻点焊方法,研究了焊接电流和焊接时间对点焊接头的组织特征及力学性能的影响。结果表明,钢/铝异种金属电阻点焊接头本质上属于熔-钎焊接头。焊接时间一定时,接头熔核直径、剪切力和正拉力均随着焊接电流的增大而增大。点焊接头的界面层厚度分布不均匀,焊接电流为16kA,焊接时间为0.4s,电极压力为4kN时,在熔核中心处,金属间化合物(IMC)层的厚度为4.2μm,由FeAl3和Fe2Al5组成,在熔核边缘部位厚度为1.0μm。当金属间化合物层厚度控制在10μm以内时,厚度对接头剪切力影响不大,熔核尺寸是决定接头强度的关键因素。  在低碳钢/铝合金搅拌摩擦焊中,通过控制搅拌针的压入量,可获得两种不同结合方式的接头:机械+冶金结合与冶金结合。机械+冶金结合接头的冶金结合层相对较厚,约为18μm,冶金结合层中主要为Al-Zn共析组织和Al在Zn中的固溶体组织;冶金结合接头中,冶金结合层相对较薄,约为2μm,其中的Zn元素较少,甚至在搅拌针作用区处观察不到Zn元素的存在。  为了研究锌元素对钢/铝异种材料在热力载荷共同作用下结合行为的影响,利用gleeble1500热模拟试验机对钢/铝合金进行了物理热模拟,研究了时间、压强、温度和镀锌层对接头剪切力的影响。当压强为263.2MPa,高温保持时间为60s,温度为390℃时,接头中部界面层主要由原子比不同的Al-Zn化合物组成;当温度为430℃时,在靠近低碳钢侧有FeAl3金属间化合物生成,厚度为2.0μm;490℃时,界面层的组织连接紧密,靠近低碳钢侧的FeAl3金属间化合物厚度达到3.9μm。
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