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钢/铝激光填粉焊模拟计算及组织性能研究
| 论文题名： | 钢/铝激光填粉焊模拟计算及组织性能研究 |
| 关键词： | 激光填粉焊;钢/铝异种金属;微观组织;第一性原理计算;车身结构;填加材料 |
| 摘要： | 汽车轻量化成为21世纪汽车技术的前沿和热点，大量轻质材料在车身上的使用对于整车的轻量化起着举足轻重的作用。对汽车车身多材料结构而言，要求两种不同类型的材料（如钢/铝、铸铁/铝、铝/镁等）进行连接，其中钢/铝性质差异大，易生成脆性Fe-Al金属间化合物，严重影响焊接接头的力学性能。本文选取车用镀锌钢与6016铝合金为研究对象，设计有无粉末填加激光搭接焊试验方案，采用基于密度泛函理论的第一性原理模拟计算与试验相结合的方法，利用卧式金相显微镜、扫描电镜以及Castep商业软件等手段，对Fe-Al金属间化合物脆性行为、接头各区域的金相组织、界面元素分布以及接头力学性能等进行了系统研究，研究结果期望为激光焊接多材料车身结构提供重要理论指导和技术支持。 计算了Fe-Al超胞模型Cr、Ni、Mn、Cu、Mo、Pb、Zr合金化前后体系的合金形成热、弹性模量与电子结构，发现富铁的Fe3Al金属间化合物最难形成，而富铝的Fe2Al5、 FeAl3、 FeAl金属间化合物较易形成，其中FeAl最易形成。相对富铝的Fe-Al金属间化合物，富铁的Fe3Al金属间化合物金属键较弱，力学性质表现为韧性，而富铝的Fe2Al5、 FeAl金属间化合物表现为脆性。Cr、Ni易占据FeAl金属间化合物中的Fe位，而Mn、Cu、Mo、Pb、Zr易占据FeAl金属间化合物中的Al位。Zr、Pb、Mn、Mo、Cu降低FeAl脆性，其中Zr、Pb、Mn效果最好，而Ni、Cr增加脆性;由于Mn与Fe有亲和性，与Al有一定互溶性，利于钢/铝界面结合，而Zr细化晶粒，与Al和Fe易形成新相，确定Mn、Zr粉末作为钢/铝激光焊的填加材料。 以获得最佳焊缝表面成形性为目标，对1.4 mm厚镀锌钢板和1.2 mm厚6016铝合金进行填粉激光搭接焊试验，发现填加Mn、Zr粉末，焊接接头平均抗剪强度与没有填加相比，有所提高，其中Zr提高效果明显;粉末的加入，改变了钢/铝界面的元素分布、物相组成及微观组织形态，填加Mn，提高熔池金属的流动性，利于界面结合，而填加Zr，焊缝区晶粒细小，形成新的ZrFe3.3Al1.3相，因此填加Mn、Zr，均改善了钢/铝焊接接头的力学性能。 |
| 作者： | 张丽娟 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 刘金水;李冬珍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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