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镁及镁合金作为一种绿色金属,可以降低能源的消耗,并且减少环境的污染;钛及钛合金,具有其它金属无法比拟的优点,有较高的比强度,较强的抗冲击性,而且能在高温和腐蚀环境下长期使用;铜及铜合金,不仅具有优良的导电、导热性能,而且耐腐蚀性、塑性和延展性较好。将镁分别与钛、铜连接起来,综合其优良性能获得高强度焊接接头,将其应用在高新技术领域中。超声波焊接过程较稳定、操作简单、焊接速度快、成形较好,是一种理想的连接方法。本文对AZ31B镁合金分别与TC4钛合金和T2紫铜进行超声波焊接,研究了不同的焊接参数下接头的界面成形、微观组织和力学性能,另外基于物理接触、化学激活、扩散基本原理及塑性流动基本原理分析镁/钛(软/硬金属)与镁/铜(软/软金属)两种体系接头的成形机理。试验结果表明:镁/钛超声波焊接时,焊接能量与焊接振幅改变,其接头形貌未见明显变化,主要的成形特点为整体界面较平直,局部界面有较小起伏,没有发现裂纹、未熔合等缺陷;焊接静压力为0.2MPa时的界面出现未焊合缺陷;三种焊接参数下的界面都没有看到明显的反应层;随着焊接能量的增大,镁/钛界面扩散层的厚度逐渐增大,焊接能量为500J时,界面扩散层的厚度为4.0μm;当焊接能量为1700J时,界面扩散层厚度达到最大为4.7μm。镁/铜超声波焊接时,焊接能量为500J的界面整体较平直而且没有形成明显的反应层;焊接能量为1100J时,界面处形成一定厚度的Mg2Cu;当焊接能量为1400J时,界面形成均匀厚度的Mg2Cu;当焊接能量超过1700J时,界面处形成的Mg2Cu内部出现明显的焊接裂纹。镁/钛、镁/铜焊接时,其接头剪切强度都随着焊接能量的增加呈现先增大后减小的趋势。镁/钛接头在焊接能量为1700J,焊接静压力为0.4MPa,焊接振幅为95%时,接头剪切力达到最大为1832N,焊接能量继续增加时接头会因疲劳而出现焊接裂纹,从而降低接头性能;焊接能量低于2000J时,镁/钛接头断裂模式为界面断裂,焊接能量达到2000J时,镁/钛接头断裂模式为纽扣断裂,其界面断裂时接头断裂发生在镁侧扩散层区域和镁侧非扩散层区域。镁/铜接头在焊接能量为1400J,焊接静压力为0.4MPa,焊接振幅为95%时,接头剪切力达到最大为1159N,焊接能量继续增加时,界面反应层的厚度也增加,由于焊头不断做剪切振动,在脆硬的反应层处出现裂纹,从而降低接头性能;焊接能量为1400J时的镁/铜接头断裂模式为界面断裂,断裂处主要发生在脆性较大的Mg2Cu金属间化合物处,部分区域断裂在靠近界面的镁侧母材处。镁/钛的超声波焊接主要是界面处原子间发生了互扩散以及两金属间形成的新的键合,这两部分共同作用使得接头连接强度得到提高,而界面凹凸不平的现象使得两种金属互锁的趋势加大,从而在进行剪切时会因为互锁而加大剪切强度。镁/铜的超声波焊接主要是界面处形成了较厚的金属间化合物层,使得界面完全连接为一体,但是这种化合物属于脆硬相,因此厚度适中时其连接强度较大。