喷射成形7055铝合金耐蚀性与性能探究.doc

喷射成形7055铝合金耐蚀性与性能研究 1、相关定义 1.1、喷射成形概念和基本原理 喷射成形技术,又称作喷射沉积技术,是利用快速凝固方法获得金属坯件一种金属 成形工艺,它将金属的雾化和雾化熔滴的沉积自然的结合起来。直接将液体金属制取成 接近零件实际形状的材料和坯件。这些坯件的组织致密,力学性能明显高于通过铸造而 成的产品。该成形工艺主要由液态金属的气体雾化、雾化熔滴的沉积等连续过程组成。 采用这种工艺进行生产,工序简单,大幅度降低了成本[35]。 该工艺的基本原理:金属液体经过导流管流出,在雾化喷嘴出口处被高压惰性气体 破碎,雾化成弥散的熔滴,熔滴在高速气流动量作用下加速,同时与气流进行强烈的热 15 交换;在到达基底之前,某一临界尺寸下的熔滴凝固成为细小的固体颗粒,大于临界尺 寸的仍然为液态,介于中间尺寸的熔滴则为含有液相的半凝固颗粒;这些凝固程度不同 的熔滴高速撞击收集器表面,并在表面形成一层半液态薄层后逐步凝固结晶,进而形成 沉积坯。下图 1.1 是喷射成形工艺原理示意图[36]。 图 1.1 喷射成形过程示意图 1.2、铝合金搅拌摩擦焊焊接缺陷术语及定义 根据铝合金搅拌摩擦焊出现的焊接缺陷,确定以下术语及定义如下: (1)未焊透:FSW 焊接时,接头根部未完全焊全的现象。 (2)隧道型缺陷:沿焊接方向塑性金属流动未填满焊缝形成的类似隧道的孔洞。 (3)裂纹状缺陷:在焊核区内产生的类似于裂纹的缺陷。 (4)尾孔:在焊缝的结束处,因搅拌头提起而留下的孔,亦称匙孔。 (5)表面沟槽:焊缝表面出现的类似沟槽的缺陷。 (6)焊接塌陷:由于压入量过大,合焊缝表面远远低于母材表面的现象。 (7)背面穿透缺陷:搅拌针穿过材料的厚度,压入垫板表面而造成焊缝背面粗糙 的现象。 (8)弱连接:FSW 焊缝金属与母材金属之间不形成有效的塑性挤压、扩散和连接, 结合面呈疏松状或贴合状。 1.3、基于焊缝元素当量概念铝合金凝固裂纹判据的建立 最初的预测焊缝性能和选择焊接参数的数值计算公式,主要是基于材料的化学 成份,这些公式是近似应用于选择焊接参数或者焊后的热处理,以改善材料焊接性 和获得必须的性能。针对钢铁冶金中碳当量的概念,本文引入铝合金”焊缝元素当 量”概念,通过数学回归和神经网络模拟的方法初步得到铝合金凝固裂纹判据,分 析”焊缝元素当量”与裂纹敏感性的定量关系,从而建立起几种主要的合金元素与 凝固裂纹形成之间的关系模型,预测凝固裂纹形成的位置和倾向,最终达到防止焊 接过程中裂纹缺陷产生的目的。 1.4.1 铝合金热裂纹元素当量概念的引入 碳当量的公式是确定淬硬性的表达式,首先针对中碳钢而提出了表达式,中碳 钢的共晶分解是一次相在快速冷却过程中,形成马氏体作为基本产物。这些公式是 经验公式,说明了合金元素对钢的相变过程的影响,这些公式成功的应用于各种钢 的焊接性的预测,它表明了合金元素含量之间的存在的相互关系和焊接过程中在焊 接接头中出现焊接冷裂纹的倾向。然而碳当量值只能在一定范围内概括地、相对地 评价钢材地焊接性。因为碳当量只表达了钢材地化学成分对焊接性的影响,其他如 焊接的刚性、焊接时冷却速度、焊接热循环中的最高温度和高温停留时间等参数均 会影响可焊性。例如同一化学成分的钢材,焊接过程中由于冷却速度不同,可以得 到不同的焊缝组织。冷却速度快,易产生淬硬组织,焊接性就会变差,当钢材碳当 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro” 试用版本创建 w 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 量值相等时,不能看成焊接性完全相同。 在对钢铁进行焊接时,焊接接头冷却到 Ms(马氏体转变的开始温度)时产生的裂 纹是冷裂纹。大量研究表明:冷裂纹的产生时扩散氢、钢材的淬硬倾向及接头所受 的拘束度共同影响的结果。而碳当量能运用于冷裂纹敏感性的估算是由于,不考虑 扩散氢以及拘束力的影响,碳的含量能较好的表征钢材的淬硬性,而淬硬性越大, 越容易形成马氏体组织,马氏体组织越多,则裂纹敏感性越强[32]。 下面一个碳当量的公式是表征钢的化学成份与形成裂纹倾向之间的关系—冷裂 纹倾向敏感系数公式Pcm(伊藤-贝西欧公式)[42],一般用它来衡量钢材的焊接性。此 公式适用于含碳量为:0.07~0.22%、含锰量0.4%~1.4%、σb=400~900MPa的低合 金高强度钢,计算公式为: 5 (%) cm30 20 60 15 10 P= C +Si + Mn+ Cu + Cr + Ni + Mo + V + B (1) 此公式为日本依藤(ITO)公式。根据经验,Ceq0.6%,淬硬倾向大,较难焊接,焊 前需认真预热,并严格控制焊接工艺参数。 美国海军船体结构钢采用低合金高强度钢碳当量公式[43]: ( ) ( ) ( )(%) 6