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铝/钢搅拌摩擦钎焊连接机理及疲劳性能研究

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提出根据搅拌摩擦焊的低温和大塑性变形特性,采用仅将搅拌头在上板铝合金中进行搅拌,并将镀锌钢表面的镀锌层作为中间层材料,以提高铝合金与钢的界面冶金结合及其疲劳性能.结果表明,利用搅拌摩擦焊的热力耦合作用,通过镀锌层极大地提高了铝合金与钢的焊接性.具有钎料作用的镀锌层阻止了铝和钢的直接接触,从而避免了金属间化合物的生成,锌在铝/钢界面的返回侧较为聚集,而在其前进侧形成了典型的铝-锌固溶体组织.焊缝中心的锌被挤出,在界面处发现了热镀过程中形成的纳米尺度的Fe3Al和Fe4Al13.铝/钢搅拌摩擦钎焊接头剪切强度较为稳定,其最大剪切强度和延伸率分别可达333.8 N/mm和11.33%.在疲劳载荷的作用下,铝/钢搅拌摩擦钎焊接头的失效模式有三种:较高应力水平下的铝/钢界面断裂、中等应力水平下的混合断裂及较低应力水平下的母材断裂和界面断裂.在疲劳应力水平为2.64 kN时,接头循环2×106次而未发生断裂.
Interfacial Bonding Mechanism and Fatigue Performance of Al/Steel Dissimilar Welds Fabricated via Friction Stir Brazing
Based on character of friction stir welding such as low temperature and severe plastic deformation,the tool only stir in the top Al alloy,which promotes thermodynamic couple,coupling with the interlayer of zinc coating on the steels to improve interfacial bonding and fatigue performance of Al/steel dissimilar welds.The investigation indicated that making use of thermodynamic couple mechanism,the zinc coating improved weldability of Al alloy and steel.As a brazing filler metal,the zinc coating layer avoides direct contact between Al alloy and steel,and thus avoides the formation of intermetallic compound.The zinc material gathered around the retreating side on the Al/steel interface,and typical eutectic structure of Al and Zn are formed on the advancing side at the Al/steel interface.The zinc material is squeezed outside of the stirring zone,where nano scaled Fe3Al Fe4Al13 are identified,which are formed during the hot-dipping process.Lap shear strength of the friction stir brazed Al/steel dissimilar welds are stable,the maximum lap shear strength and elongation reached 333.8 N/mm and 11.33%,respectively.Under the fatigue load,three different failure modes are observed:interfacial failure under higher load,mixed failure under medium load,base metal failure and interfacial failure under lower load.The cycle can reach 2×106 without failure under a load of 2.64 kN.

friction stir brazingAl alloyszinc coated steelsinterfacial bonding mechanismfatigue performance

申志康、王波、杨益、管月辉、周平、侯文涛、朴钟宇、刘小超、黄国强、杨夏炜、陈海燕、田艳红、李文亚、李会军

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西南大学工程技术学院 重庆 400715

哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室 哈尔滨 150001

伍伦贡大学机械、材料、机电与生物医学工程学院 伍伦贡NSW 2522 澳大利亚

浙江工业大学机械工程学院 杭州 310023

东南大学机械工程学院 南京 211189

南京航空航天大学材料科学与技术学院 南京 210016

西北工业大学陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室 西安 710072

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搅拌摩擦钎焊 铝合金 镀锌钢 连接机理 疲劳性能

2024

机械工程学报
中国机械工程学会

机械工程学报

CSTPCD北大核心
影响因子:1.362
ISSN:0577-6686
年,卷(期):2024.60(22)