提高焊核区细晶结构稳定性的搅拌摩擦焊接新方法及其机制

基本信息
批准号:51204108
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:陈科
学科分类:
依托单位:上海交通大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张澜庭,姚君山,李志明,吴洁琼,齐晨洁
关键词:
异常晶粒长大搅拌摩擦焊接铝合金原位自生粒子晶粒结构热稳定性
结项摘要

As a relatively new joining technique with advantages like high efficiency, low cost, environment-friendliness, friction stir welding (FSW) has found its broad applications in industries including airplanes, rockets, railway vehicles, and so on. However, the fine grain structure in the weld nugget (WN) is very susceptible to grain coarsening during post weld heat treatment, leading to potentially severe reduction of mechanical properties. This is already one of the critical issues in the field. High volume fraction of stable small-sized second phase particles are proved to be able to provide high enough Zener pinning effect to stabilize grain structure. In the present study, a modified FSW technique with using welding wire will be developed based on the traditional FSW. Welding wire is made from metal Me (Ti, Mn, or Zr) powder. Taking advantage of FSW features of high strain rate, severe strain, and localized temperature increase, high volume fraction of stable aluminide (TiAl3, MnAl6, or ZrAl3) nanoparticles will be produced in situ in the WN during FSW, which will fulfill the objective of stabilizing fine grain structure in the WN. The formation mechanism of in situ aluminides, their macro-/micro- distribution in the nugget, and the grain structure stabilization mechanism by these in situ particles will be studied, for further optimizing the process of this modified FSW technique and improving the welding wire fabrication. This research will provide solid fundamentals for the future application of this modified FSW.

搅拌摩擦焊接(FSW)技术在飞机、火箭、铁道车辆制造等方面已有广泛应用。以其高效率、低成本、环保节能等特性,被认为是最有前景的焊接技术之一。但是焊核细晶结构在焊后热处理过程中极易形成粗大晶粒而导致性能大幅下降,这已成为本领域研究人员非常关注的关键技术难点和科学问题。高体积分数小尺寸的稳定第二相粒子被证明对晶界有强钉扎作用(Zener Pinning),从而能有效稳定晶粒结构。本项目提出一种能提高焊核区细晶结构稳定性的FSW新方法。此方法在待焊铝材中加入由金属Me(Ti、Mn或Zr)粉制备的焊料,利用FSW高变形速率、强变形、局部瞬时高温等特性,在焊接过程中原位生成高体积分数金属铝化物纳米粒子,从而提高焊核细晶结构热稳定性。并进一步解析铝化物粒子的原位自生机制、宏微观分布规律和对晶粒结构稳定化作用机制。这些研究将为新型FSW的工艺优化和焊料制备方法改进提供科学指导,为其推广应用提供理论基础。

项目摘要

搅拌摩擦焊接(FSW)技术在飞机、火箭、铁道车辆制造等方面已有广泛应用,以其高效率、低成本、环保节能等特性,被认为是最有前景的焊接技术之一。但是,焊核细晶结构在焊后热处理过程中极易形成粗大晶粒而导致性能大幅下降。针对这一问题,本项目利用搅拌摩擦焊高变形速率、强变形、局部瞬时高温的几个特性,开发出使用焊料的搅拌摩擦焊接新方法,分别采用三种方法将焊料引入搅拌摩擦焊接中。成功获得无缺陷焊缝的同时,实现了在焊接过程中外加金属颗粒的弥散化以及与铝基体原位反应生成高体积分数金属铝化物粒子。. 研究表明焊接过程金属间原位化合反应是焊接高温引起的扩散型固态相变,材料流动的机械作用大大加速了扩散和相变的进行。另外,由于搅拌摩擦焊接过程中材料宏观流动剧烈而微观流动有限,微米级金属颗粒与纳米级金属间化合物颗粒在焊核区的弥散行为存在差异。微米级外加金属颗粒随着焊接道次数的增加,弥散程度明显加剧。在多道次焊接后由原始的聚集状态转变为在焊核区弥散分布状态,而纳米粒子大多仍呈聚集状态。热处理实验结果表明,应用优化的焊接工艺,焊核区异常晶粒长大现象得到明显的抑制作用。第二相颗粒浓度高的区域,晶粒正常长大程度也低于无第二相颗粒或颗粒浓度较低的区域。原位生成的第二相粒子对晶粒结构起到明显的钉扎作用。. 本项目的研究提供了一种提高搅拌摩擦焊核区细晶结构稳定性的新方法,同时明确了焊料状态、焊接道次数、旋向组合等工艺对原位自生粒子宏微观分布、原位自生反应速度、及晶粒结构稳定化效果的作用及原因,为这种新型FSW的工艺优化和焊料制备方法改进提供了科学指导,为其推广应用提供了理论基础。.

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

DOI:10.19596/j.cnki.1001-246x.8419
发表时间:2022
3

当归补血汤促进异体移植的肌卫星细胞存活

当归补血汤促进异体移植的肌卫星细胞存活

DOI:
发表时间:2016
4

圆柏大痣小蜂雌成虫触角、下颚须及产卵器感器超微结构观察

圆柏大痣小蜂雌成虫触角、下颚须及产卵器感器超微结构观察

DOI:10.3969/j.issn.1674-0858.2020.04.30
发表时间:2020
5

资源型地区产业结构调整对水资源利用效率影响的实证分析—来自中国10个资源型省份的经验证据

资源型地区产业结构调整对水资源利用效率影响的实证分析—来自中国10个资源型省份的经验证据

DOI:10.12202/j.0476-0301.2020285
发表时间:2021

陈科的其他基金

批准号:81301286
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51902319
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51505083
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11474327
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:21905011
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11802176
批准年份:2018
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81902358
批准年份:2019
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11874395
批准年份:2018
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:81772721
批准年份:2017
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81101940
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81772731
批准年份:2017
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:31300912
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51675337
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:81200599
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41401462
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11201334
批准年份:2012
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81870589
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81402105
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

低活化钢搅拌摩擦焊超细晶组织演变行为与强化机制

批准号:51701141
批准年份:2017
负责人:崔雷
学科分类:E0102
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

超细晶材料搅拌摩擦焊接接头应力腐蚀机理研究

批准号:50774059
批准年份:2007
负责人:王快社
学科分类:E0414
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
3

搅拌摩擦焊焊接过程的实时受力检测和热力耦合分析

批准号:10902047
批准年份:2009
负责人:张忠科
学科分类:A0812
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
4

搅拌摩擦加工镁合金细晶强化行为表征

批准号:51274161
批准年份:2012
负责人:王快社
学科分类:E0414
资助金额:82.00
项目类别:面上项目