《微疊層複合材料雷射-GMAW複合焊組織結構與性能的相關性》是依託山東大學，由李亞江擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微疊層複合材料雷射-GMAW複合焊組織結構與性能的相關性
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李亞江
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對有套用前景的一種新型輕質微疊層複合材料焊接性的關鍵科學問題進行研究。採用雷射-GMAW複合熱源和擴散連線，研究焊接工藝、填充合金和參數等對微疊層複合材料焊接區組織、相結構和力學性能等的影響；結合聲像顯微圖像分析，研究微疊層複合材料熱影響區階梯狀微裂紋起源、擴展及斷裂機制，從理論上闡明微疊層複合材料雷射-GMAW焊接區微觀組織結構與巨觀性能之間內在聯繫的規律性。解決焊接熱-應力-組織性能模擬的參數擬合問題，提出保證微疊層複合材料焊接穩定性和接頭區性能的理論基礎，為解決這種韌-脆交替、按亞微米尺寸的層間距及層厚比互動重疊製成的微疊層複合材料焊接的關鍵技術提供基礎理論支持。本項目研究具有自主創新和獨特的技術優勢，有助於為這種輕質微疊層複合材料在航空航天、艦船、高速列車製造中的套用提供理論和試驗依據。
結題摘要
本項研究主要是對微疊層複合材料焊接區Ti/Al界面附近的顯微組織、相結構與組織性能的相關性進行研究。鈦與鋁熱物理性能相差大，採用傳統熔焊方法進行連線時在Ti/Al界面易生成Ti-Al金屬間化合物，Ti/Al疊層複合材料被認為難以實現熔焊連線。本課題採用鋁基焊絲針對TA15/2024Al疊層材料進行填絲PC-GMAW連線，研究填充金屬合金成分對鈦與鋁接頭組織和性能的影響。研究結果表明，採用Al-Si系填充金屬（如SAl4047焊絲）獲得的Ti/Al焊接界面附近的脆性析出相數量少，Ti/Al過渡區組織差異較小且脆性化合物層厚度較小，組織性能較好。採用Al-Mg焊絲或其它焊絲時Ti/Al過渡區脆性化合物層厚度大，已引發微裂紋，過渡區顯微組織差異大。焊接熱輸入對Ti/Al疊層材料PC-GMAW焊縫及Ti/Al過渡區顯微組織有較大的影響。焊接熱輸入較低時，焊縫中形成了尺寸較小的顆粒狀或短棒狀析出相；焊接熱輸入較大時，焊縫中出現了粗大的條狀、骨骼狀析出相，Ti/Al界面附近形成了多層狀結構的過渡區。 採用掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）以及能譜儀（EDS）、電子探針（EPMA）等測試手段對Ti/Al疊層材料焊接接頭區域顯微組織、過渡區相結構和Ti/Al界面附近元素分布等進行分析表明，Ti/Al界面附近由鈦側至焊縫側依次形成Ti3Al、TiAl+Ti5Si3、Ti9Al23+Ti5Si3及TiAl3化合物層，控制焊接熱輸入可控制化合物的形態和分布。採用微機控制電子萬能試驗機對PC-GMAW工藝形成的Ti/Al疊層材料焊接接頭的Ti/Al界面進行拉伸試驗，以評價Ti/Al界面的力學性能，結合系列電鏡試驗和測試結果進行綜合分析。採用SEM、EDS對接頭的斷口形貌進行分析，研究接頭的斷裂行為。採用鋁基填充金屬的Ti/Al接頭抗拉強度可達216MPa，斷裂主要發生在鈦合金與Ti/Al過渡區的界面處。國內對微疊層複合材料的研究起步比較晚，製備工藝和性能方面的研究還不夠穩定，仍需要研究者對這種微疊層複合材料的製備工藝和結合理論等進行系統和深入的研究，以推進其在航空航天領域中的套用。
