晶 间 腐 蚀随着现代工业的快速发展，不锈钢在现代机械生产加工中得到广泛应用。通常不锈钢指空气中能够抵抗腐蚀的钢。它有两种分类法：一种是按化学成分，分为铬不锈钢和铬镍不锈钢；另一种则按正火状态下钢的组织状态，分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体一铁素体不锈钢等。奥氏体不锈钢是目前应用最广的不锈钢：它以铬、镍为主要合金元素，因具有优良的耐蚀性、力学性能等综合性能，导致它在生产中需求快速地增长，并占据重要的地位。奥氏体不锈钢化学成分类型有Crl8％一Ni9％ (18— 8型不锈钢)、C T1 8％一Ni1 2％、C T2 3％一Ni13％、Cr25％一Ni20％等。常用的有1CT18Ni9Ti。奥氏体不锈钢的焊接性从理论上讲，与铁素体、马氏体不锈钢相比，被认为是较好的，它不因温度变化发生相变，对氢脆不敏感，在焊态下接头也有较好的塑性和韧性。但这并不意味着在所有的情况下该钢的焊接质量都能达到较高的使用要求。在役的奥氏体不锈钢焊接结构中，焊后接头出现晶间腐蚀破坏的时有发生，这不仅影响了结构的正常使用和安全性，还给企业造成经济损失。奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题归根结底是与其焊接性相关，然而人们往往对它的认识不足，对它焊接性能不甚了解，选用不当的焊接工艺，而产生晶问腐蚀缺陷，导致具有寿命优势的奥氏体不锈钢早期失效。为此，通过查阅资料将对铬镍奥氏体不锈钢晶间腐蚀缺陷的产生机理进行探讨，并据此开展预防不锈钢晶间腐蚀，提高耐蚀性的初步探讨。2 晶间腐蚀的形成条件 机理典型的18—8 型不锈钢(1C T1 8Ni9Ti)一般是在固溶处理状态下使用，于常温下腐蚀介质中工作，它的耐蚀性能是基于钝化作用：奥氏体不锈钢含有较高的铬，铬易氧化形成致密的氧化膜，能提高钢的电极电位，因此具有良好的耐蚀性能。当含铬量1 8％ 、镍量8％时，能得到均匀的奥氏体组织，且含铬和镍量越高，奥氏体组织越稳定，耐蚀性能就越好，故通常没有晶间腐蚀现象。但如经再次加热到450～850℃或在此温度区间工作，并且钢中含碳量超过0．02～0．03％ ，又缺少Ti、Nb等能控制碳的元素时，处于腐蚀介质中往往就可以见到晶间腐蚀现象。这说明，晶间腐蚀和钢的成分(碳和碳化物形成元素)有关，还与加热条件有关。现已有一些学说对晶问腐蚀现象做了解释，其中以碳化铬在晶界沉淀为前提的“贫铬理论” 较普遍为人们所接受。铬是决定不锈钢耐蚀性的主要元素，有效含量应超过12％。以含碳量为0．03％的普通18—8型钢为例。室温时的碳的溶解度只有0．02～0．03％ ，固溶处理后奥氏体必为碳过饱和，而呈不稳定状态。若经再次中温加热(在450～850℃ 之间)， 则过饱和的碳将向晶界扩散，与铬结合而形成Cr23C6或(Cr、Fe)23 C6沉淀于晶界。这时，由于铬的原子半径较大，在晶粒内部的扩散速度较慢，来不及向晶界扩散，故在形成铬的碳化物时，晶界处可能发生铬的“供不应求”现象，致使靠近晶界的晶粒表面一个薄层严重缺铬(铬的有效含量低于1 2％)。当有腐蚀介质作用时，这一缺铬区域将产生明显腐蚀，即晶间腐蚀。Ti、Nb的有利作用在于，可优先与碳结合形成TiC或NbC，消耗掉晶界过饱和的碳，从而防止碳与铬结合，避免缺铬现象发生。所以，含有Ti或Nb的钢一般不具有晶间腐蚀倾向。超低碳不锈钢由于不存在碳的过饱和，就无所谓碳的过饱和析出，因此也不发生晶间腐蚀。加热条件的影响主要是与合金元素的扩散相联系。加热温度低(<450℃)或加热时间短，不利于扩散而难以形成铬的碳化物，不致产生缺铬现象；加热温度较高(> 8 5 0℃)，铬的扩散速度加快， “供铬” 条件得到改善， 晶粒表层缺铬现象可以逐步消失；加热时间充分长时，也有利于铬的均匀扩散而不致形成贫铬层。3 晶间腐蚀的预防在了解奥氏体不锈钢晶间腐蚀的形成机理后，据此提出以下几条预防措施：(1)严格控制含碳量碳是造成晶间腐蚀的主要元素，碳含量在0．08％以下时，能够析出碳的数量少；碳含量在0．08％以上时，则析出碳的数量迅速增加。所以常控制母材金属和焊条的含碳量在0．0 8％以下，如0Cr1 8Ni9Ti、A107等。另外，奥氏体钢中含碳量小于0．02％ ～0．03％时，全部碳都溶解在奥氏体中，不会产生晶间腐蚀。超低碳不锈钢(如00 Cr 1 8Ni 1 0，A002)的大量应用就是此原理。(2)采用双相组织钢中的合金元素是形成双相组织的主要因素。奥氏体化元素有Ni、C、Mn、N、C U等；而铁素体化元素则有C r、Nb、Ti、M O、V、W 、Si等。当不锈钢中铬与镍的质量分数之比大干1．8时，就会出铁素体组织。调整钢的化学成分，在焊缝中加入铁素体形成元素，就可促使焊缝形成奥氏体加少量铁素体的双相组织。形成双相组织的优势在于，双相组织中的奥氏体，其碳的浓度较大，碳有向铁素体扩散的趋势；而铁素体中铬的浓度较大，铬就有向奥氏体扩散的趋势。奥氏体中的碳和铁素体中的铬都向两相交界处扩散， 由于碳的扩散速度很大，有可能碳首先从奥氏体越过边界与铬形成碳化铬；又由于铬在铁素体里的扩散速度要比在奥氏体中快得多，所以一旦在晶界处出现贫铬层，铬能够较快地从铁素体内部得到补充，而使贫-铬层消失，使奥氏体晶界上析出的碳化铬数量减少、分布不连续，并打乱单一奥氏体柱状晶的方向性，从而避免贫铬层贯穿于晶粒之间构成腐蚀介质的集中通道，降低了晶间腐蚀倾向。形成双相组织有利于防止晶间腐蚀，但也应注意铁素体含量的控制。铁素体含量超过5％时，o相(FeC r金属间化合物)很快形成。o相硬而脆(H RC>6 8)，分布在晶界，不仅使焊缝冲击韧性和塑性急剧下降，还将增大晶间腐蚀倾向。因此综合考虑，奥氏体不锈钢焊缝的铁素体数量为4～12％较适宜。实践表明，5％左右的铁素体能获得较满意的抗晶阃腐蚀性能。 (3)添加稳定剂焊接材料中加入钛、铌等与碳的亲和力比铬强的元素，能提高抗晶间腐蚀能力。因此常用焊接材料1Cr18Ni9Ti、A137、A302等，都含有钛或铌。(4)进行固溶处理在焊后把接头加热到1050～1150℃，保温1 h后水淬(图3)。此时晶界碳化铬被全部溶解，部分钛和铌的碳化物也被溶解，使碳重新溶入奥氏体中，然后迅速冷却，使碳来不及析出，形成稳定均一的奥氏体组织，消除晶界处的贫铬层，避免产生晶阃腐蚀。(5)进行均匀化处理将奥氏体不锈钢加热到850～900℃，保温2 h，使晶粒内部的铬也扩散到晶粒边界，使晶界铬的质量分数重新恢复到大于1 2％，从而消除晶界贫铬层。(6)减小焊接线能量在焊接工艺方面，采用小电流，大焊速，短弧，直道焊接。多层多道焊时，层间温度不宜过高，应待先焊的一层完全冷却后(<6 0℃)，再进行下一层焊接，且层间接头错开。奥氏体钢的电阻率大(约为碳钢的5倍)，导热系数小，焊接电流应比同样直径的低碳钢焊条小1 0～20％ 。以手弧焊为例，平焊的焊接电流为焊芯直径的2 5～3 5倍，在立焊或仰焊时，焊接电流还要再减小1 0～30％ 。小线能量、小电流、快速焊，冷却速度快，在敏化温度区停留时间短，有利于防止晶间腐蚀；短弧，焊丝或焊条芯中所含对氧亲和力大的合金元素T i、Nb、C r、Al等烧损少，有利于防止晶间腐蚀。 (7)Jjn快接头的冷却焊件焊前不预热，焊后应尽可能加快接头的冷却，如使用铜垫板等，甚至条件允许还可用水冷等强制措施，来减少接头在危险温度的停留时间，防止晶间腐蚀产生。(8)合理安排焊接顺序多层焊和双面焊时，后一条焊缝的热作用可能对先焊焊缝的过热区起到敏化温度加热的作用。为此，双面焊缝中与腐蚀介质接触的一面应尽可能最后焊接。焊缝布局上应尽量避免交叉焊缝，减少焊缝接头。与腐蚀介质接触的焊缝若无法安排最后焊接，则应调整工艺参数，使后焊焊缝的敏化区不与第一面焊缝表面的过热区重合。进一步提高 锈钢焊缝的耐蚀性，则还应严格控制以下几项：(1)为避免损伤不锈钢表面，在坡口两侧刷涂石灰水或商品化的专用防飞溅剂，并在焊后彻底清除飞溅物、残渣；(2)禁止在坡口之外的焊件上随处任意打弧；(3)焊接电缆卡头在工件上要卡紧，以免发生打弧或过烧现象；(4)焊接前、后的处理对产品耐蚀性影响很大：①钢材的贮存及运输应与一般结构钢分开，以免被铁锈等污染；②钢材表面光滑平整，避免碰撞或摩擦损伤，划线下料时不要打冲眼和不用划针；③尽可能用机械加工或等离子弧切割下料，避免用碳弧切割；④封头等零件最好冷压成形，热压 1ooo度 ≈ 6O0度成形时应检查耐蚀性变化，并做相应的热处理；⑤焊接前后热处理时，加热前必须将钢材表面污物洗净，以免加热时产生渗碳。⑥表面处理(磨平、抛光、酸洗、钝化)必须严格遵守操作规程，以表面呈均匀的银白色为宜。奥氏体不锈钢焊接易出现晶间腐蚀缺陷，且存在导热性能差、线膨胀系数大、熔池的流动性差等不利因素，因此只有选择合适的焊接方法、焊接材料，遵循相关的焊接工艺，才能保证奥氏体不锈钢的焊接质量，使其寿命优势得到充分发挥，让它的应用范围进一步扩大。
钛合金用什么焊能焊接？ 钛合金应该选用氩弧焊焊接，两大重点，重点一是保护的环境，气体的纯度一定要足够高，这个是焊接质量的重要因素，另外一个就是焊丝纯度高，建议采用VOD301的钛合金焊丝，参考一下专题高品质纯钛焊丝钛合金焊丝钛合金氩弧焊丝VOD301钛焊丝 钛合金用什么焊接 钛及钛合金焊接生产中应用最多的是直流脉冲钨极氩弧焊，氩弧焊（TIG）的电弧在氩气流的保护与冷却作用下，电弧热量较为集中，电流密度高，热影响区小，焊接质量较高。 钛合金怎么焊接 就用氩极氩弧焊就行，钛的导热率不高，焊接过程也不难，和奥氏体不锈钢焊接很类似。只是钛合金极易氧化，焊接过程要采取特别的保护措施才行。一般都是通过改造在喷嘴后加多一个氩气保护的拖罩，如果有单面焊双面成形要求的背面也要保护。保护效果也可以通过焊接区表面颜色来确认。 如果有条件可以选用带脉冲的电源，可以比较方便控制热输入。通常需要进行焊后处理，受力固件补强或固溶，耐腐蚀构件表面处理。 我这里能焊但我在深圳，呵呵! 希望能帮到您! zihand/products 可以看看有没有供您参考的。 如有需要欢迎联络我们。 钛合金怎样焊接 钛合金焊接采用直流氩弧焊焊接，重点是气体保护要做好了，管件双面成型最好是做好双面保护，这样才能够达到最理想的效果，然后就是操作手法要稳当，钛合金材料选择正确并且选择质量杂质含量少的焊丝焊接，这样几点做到了可以确保焊接质量。 钛合金和不锈钢怎么焊接 1 钛及钛合金/不锈钢的焊接性分析 钛及钛合金的焊接性 钛及钛合金的化学活性大，400℃以上时即使在固态情况下也极易被空气、水分、油脂、氧化皮等污染，吸收O、N、H、C等，使焊接接头的塑性及冲击韧度下降，并易引起气孔；其熔点高、热容量小、热导率小的特点，使焊接接头易产生过热组织，晶粒变得粗大，特别是β钛合金，易引起塑性降低；溶解于钛中的氢在320℃时和钛会发生共析转变，析出TiH ， 引起金属塑性和冲击韧度的降低，同时发生体积膨胀而引起较大的应力，严重时会导致冷裂纹产生；氢在钛中的溶解度随温度升高而下降，焊接时沿熔合线附近加热温度高，会引起氢 的析出，因此气孔常在熔合线附近形成；钛及钛合金的弹性模量相对较小所以焊接残余变形较大，并且焊后变形的矫正也较为困难。 不锈钢的焊接性 由于不锈钢本身所具有的特性，与普碳钢相比不锈钢的焊接及切割有其特殊性，更易在其焊接接头及其热影响区（HAZ）产生各种缺陷。焊接时要特别注意不锈钢的物理性质。马 氏体型不锈钢进行焊接时，由于热影响区中被加热到相变点以上的区域内发生a-r（M）相变，因此存在低温脆性、低温韧性恶化、伴随硬化产生的延展性下降等问题。一般来讲铁素 体型不锈钢有475℃脆化、700~800℃长时间加热下发生σ相脆性、夹杂物和晶粒粗化引起的脆化、低温脆化、碳化物析出引起耐蚀性下降以及高合金钢中易发生的延迟裂纹等问题。奥 氏体型不锈钢一般具有良好的焊接性能，但其中镍、钼含量高的高合金不锈钢进行焊接时易产生高温裂纹。另外还易发生σ相脆化，在铁素体生成元素的作用下生成的铁素体易引起低 温脆化，以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后，焊接接头的力学性能一般良好，但当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时极易生成贫铬层，而贫铬层的出现在使用过程 中易产生晶间腐蚀。双相不锈钢的焊接裂纹敏感性较低，但在热影响区内铁素体含量的增加会使晶间腐蚀敏感性提高，因此可造成耐蚀性降低及低温韧性恶化等问题。 钛及钛合金与不锈钢的综合焊接性 钛及钛合金与不锈钢的物理和化学性能差异显著，连接时易在接头处形成脆性相和较大的内应力，导致接头极易开裂，而且在密度、比热、线膨胀系数、导热系数等物理性能和力 学性能上均有较大差异，必然会降低钛及钛合金/钢连接的牢固性，即使在固态连接方法下，由于线膨胀系数差别较大，也会在焊接接头中引起较大焊接的残余应力，降低接头性能。钛 的化学活性强，在高温下，对氧、氮、氢具有较高的化学亲和力，易形成脆性化合物，使强度显著提高，而塑性和韧性急剧下降，显著地增加脆性断裂倾向及裂纹形成。钛还易与许多其它金属形成金属间化合物，钛与铁易形成金属间化合物TiFe和TiFe 。钛/钢焊接时，由于钢中存在的Ni、Cr、C等 元素也能与Ti形成TiNi、TiNi、TiNi、TiCr、TiC等多种金属间化合物脆性相,使焊缝更脆，性能进一步降低。 钛合金如何进行焊接，有那些需要注意的地方 目前针对TC4钛合金，多采用氩弧焊或等离子弧焊进行焊接加工，但该两种方法均需填充焊接材料，由于保护气氛、纯度及效果的限制，带来接头含氧量增加，强度下降，且焊后变形较大。采用电子束焊接和激光束焊接，研究了TC4钛合金的焊接工艺性，实现该种材料的精密焊接。 (1) 焊缝气孔倾向。焊缝中的气孔是焊接钛合金最普遍的缺陷，存在于被焊金属电弧区中的氢和氧是产生气孔的主要原因。TC4钛合金电子束焊接，其焊缝中气孔缺陷很少。为此，着重就激光焊接焊缝中形成气孔的工艺因素进行研究。 由试验结果可以看出，激光焊接时焊缝中的气孔与焊缝线能量有较密切关系，若焊接线能量适中，焊缝内只有极少量气孔、甚至无气孔，线能量过大或过小均会导致焊缝中出现严重的气孔缺陷。此外，焊缝中是否有气孔缺陷还与焊件壁厚有一定关系，比较试样试验结果可看出，随着焊接壁厚的增加，焊缝中出现气孔的概率增加。 (2) 焊缝内部质量。利用平板对接试样，采用电子束焊接和激光焊接来考察焊缝内部质量，经理化检测，焊缝内部质量经X射线探伤，达GB3233-87 II级要求，焊缝表面和内部均无裂纹出现，焊缝外观成型良好，色泽正常。 (3) 焊深及其波动情况。钛合金作为工程构件使用，对焊深有一定要求，否则不能满足构件强度要求；而且要实现精密焊接，必须对焊深波动加以控制。为此，采用电子束焊接和激光焊接方法分别焊接了两对对接试环，焊后对试环进行了纵向及横向解剖，来考察焊深及焊深波动情况，结果表明，电子束焊接焊缝平均焊深可达以上，焊深波动幅度为，不超过±10%；激光焊接焊缝平均焊深约为，焊深波动幅度为- ，不超过±10%。 (4) 接头变形分析。利用对接试环来考察接头焊接变形，检测了对接试环的径向及轴向变形，结果表明，电子束焊接和激光焊接的变形都很小。电子束焊接的径向收缩变形量为f ，轴向收缩量为；激光焊接的径向收缩变形量为f ，轴向收缩变形量为。 (5) 焊缝组织分析。经理化检测，焊缝组织为a+b，组织形态为柱状晶+等轴晶，有少量的板条马氏体出现，晶粒度与基体接近，热影响区较窄，组织形态和特征较为理想。 经研究可得出：对于TC4钛合金，无论是激光焊接还是电子束焊接，只要工艺参数匹配合理，均可使焊缝内部质量达到国标GB3233-87Ⅱ级焊缝要求，实现TC4钛合金的精密焊接；焊缝外观成形良好，色泽正常；焊缝余高很小，无咬边、凹陷、表面裂纹等缺陷产生。 什么是钛合金材料焊接？常用的焊接方法有哪些 通过加热或加压，或两者并用，使用或不用填充材料，使钛合金材料的工件达到原子结合的方法。 钛及钛合金常用的焊接方法有：溶融焊接、钎焊、固相结合、机械结合等。其中，熔融焊接用途最广泛，可分为：电弧焊、电子束焊、电阻焊等，使用较多的是惰性气体。 钛材料的焊接性，取决于材料本身的化学活性和物理性能。室温下，钛的表面具有薄而致密的氧化膜，性能稳定。随着温度的升高，钛的活性急剧增大，当焊接温度高于600℃时，致密的氧化膜被破坏，气体能通过疏松的氧化膜向金属内部扩散、和氢、氧、氮等元素产生剧烈化学反应，这些元素以间隙杂质存在于钛中，使其焊接接 头的性能特别是塑性下降。氢气的存在也常是焊接出现气孔和冷裂的原因。 哪种焊锡可以焊接钛合金 5分 没有办法进行焊接，只能考虑镶嵌等方式。钛一般不能和其他金属进行焊接激 常规也是钛合金与其他钛合金，用氩弧焊和钛丝进行焊接。 只有特殊处理中有用爆炸焊将钛板和铜板进行焊接。 钛的熔点1668摄氏度，电烙铁……，铁的早化了：）
摘 要：电阻点焊的组织决定焊接接头熔核的性能，熔核的性能决定焊接的质量。通过模拟 点焊接头的组织，可预测在不同点焊参数下接头的组织形态和力学性能等，从而实现通过寻 求最佳焊接工艺来改善焊件性能的目的。研究铝合金点焊相变组织的分布规律，对优化点焊 设计和工艺参数有重要的指导作用，本文通过应用有限元模拟软件进行数值模拟，对6082 铝合金电阻点焊过程中的组织转变进行模拟与研究，并通过实验进行验证，从而得出电阻点 焊对6082铝合金的组织转变的影响。试验验证表明，数值模拟与试验结果吻合良好，为铝合 金点焊基础理论研究提供了一种有效的分析手段。 关键词：数值模拟；金相组织 ；铝合金；电阻点焊 Abstract Te microstructure of resistance spot welding decide performance of nuclear fusion in welded joint, the performance of nuclear fusion decide welding quality. By simulation, we can predict microstructure and mechanical properties of spot welding in different parameters, so as to achieve the best welding performance by seeking to improve the welding processes. Research on the distribution of microstructure in aluminum spot welding, have an important role in on the design and optimization of process parameters of spot welding. The paper through the application of finite element simulation software to simulate and research the resistance spot welding of aluminum alloy of 6082, and verify it through experiments, so as to know affection resistance spot welding to aluminum alloy of 6082. Experiments show that numerical simulation and experimental results are consistent, providing an effective analysis for spot welding on aluminum alloy. Key words: Numerical simulation; Microstructure; Aluminum alloy; Resistance spot welding 1、铝合金在航空航天、船舶制造、机车和汽车制造业等领域获得了广泛的应用。轿车采用 铝合金制造车身较采用钢板制造车身可减轻车体重量6O%左右，能显著降低燃料消耗和减少 环境污染。但是，铝合金点焊所存在的问题限制了点焊在铝合金汽车生产中的应用，铝合金 点焊的熔核形状不规则，尺寸大小不一，熔核在凝固时极易形成缩孔、缩松和气孔，由于冷 却速度较快，熔核的结晶组织主要是从熔合线向内生长的柱状晶。在这方面，吉林工业大学 的赵熹华等人通过采用熔核的孕育处理技术做了详细的研究，将柱状晶组织变为等轴晶组 织，取得了良好的效果[1]。但是，该技术如何工程化的问题还正在研究之中。如果能对点焊 的相变组织进行有限元模拟计算，得到铝合金点焊过程温度场和相变组织的分布规律，从微 观上改变焊接质量，对提高和稳定点焊质量具有重要意义。 铝合金点焊是一个高度非线性的力、热、电相耦合的复杂过程，随着焊接研究的深入， 温度，相变和热应力之间的耦合效应越来越受到人们的重视。 等人曾提出温度，相 变，热应力之间的耦合关系式， 等人利用该耦合模型对焊接接头进行了有限元计算。 Ronda 等[2]用统一的方法推导了相变规律和相变塑性，建立了相容的 TMM 模型，并形成了系 统理论。Yang 等[3]在热冶金耦合方面也作了深入的研究。他们在模拟温度场、速度场、热循 环以及熔池形状时,采用瞬时、3 维、湍流条件下的热传输和流体流动模型。 本文基于有限元专业焊接模拟软件动态模拟焊接的全过程，进行数值模拟时，考虑了材 料热物理性能与温度的非线性关系，以及相变潜热对温度场的影响，实现温度场和应力应变 场的耦合计算，揭示了铝合金点焊过程温度场和相变组织的分布规律，其结果有助于更好地 了解焊接过程中熔体的运动状态、凝固组织细化和产生缺陷的原因,为正确选择点焊工艺参 数等提供理论指导。 2 点焊相变原理熔核、塑性环及其周围母材金属的一部分构成了点焊接头。在良好的点焊焊接循环条件 下，接头的形成过程是预压、通电加热和冷却结晶三个连续阶段所组成。 （1）预压阶段：在电极压力的作用下清除一部分接触表面的不平和氧化膜，形成物理触点，为焊接电 流的顺利通过及表面原子的键合作准备。（2）通电加热阶段：在热与机械力作用下形成塑性环、熔核，并 随着通电加热的进行而长大，直到获得需要的熔核尺寸。通电刚开始，由于边缘效应，使焊件接触面边缘 处温度首先升高，接着由于金属加热膨胀，接触面和电流场均扩展并伴有绕流现象，而靠近电极的焊接区 金属散热较有利，从而在焊接区内形成了回转双曲面的加热区，其周围产生了较大的塑性变形。随着通电 加热的持续，电极与工件接触表面增加，表面金属的冷却增强，而焊接区中心部位由于散热困难温度继续 升高，形成被塑性环包围的回转四方形液态熔核。继续延长通电时间，塑性环和熔核不断长大。当焊接温 度场进入准稳态时，最终获得椭圆形液态熔核，周围是将熔核紧紧包围的塑性环。（3）冷却结晶阶段：使 液态熔核在压力作用下冷却结晶。由于材质和焊接规范特征不同，熔核的凝固组织可有三种：柱状组织、 等轴组织、“柱状+等轴”组织。 由于点焊加热集中、温度分布陡、加热与冷却速度极快，若焊接参数选用不当，在结晶过程中会出现 裂纹、胡须、缩孔、结合线伸入等缺陷，可通过减慢冷却速度和段压力等措施来防止缺陷产生。 3 点焊熔核有限元仿真点焊是一个多因素及多重非线性的复杂问题。在进行数值模拟时，考虑其可作为轴对称问题，对等厚 板的焊接取l／4平面进行分析。为简化计算，本文假定电极压力恒定。 本文采用简化的轴对称2D模型建立6082铝板点焊的简化模型。出于简化模型的目的，假设上下两块铝 板在与电极端面直径对应的中心部分以及电极端面是粘连的，假设电极-工件间及工件间的接触行为属于无 滑动接触。焊接电流为恒流，材料的热物理性能随温度变化，忽略电流的趋表效应、接触面的热电效应和 接触热阻[4,5]。模型的网格采取自由划分，共含1996个固体单元，2120个节点。被连接材料为6082铝合金， 板厚 mm，采用Cu～Cr合金电极，端部直径6 mm，端部曲面半径40 mm。 材料属性 材料的热物理性能参数是温度的函数，在模拟中，材料的热物理性能除了密度和潜热外，其他如比热、 导热系数、电阻率等均随温度变化。材料在相变和熔化时存在潜热，模拟中将潜热在相变温度区间均匀折 算为比热容，以模拟其产热效果。 6082铝合金是Al-Mg-Si系铝合金，该合金的组织比较简单，主要合金元素为Mg、Si ,另外还有少量的Fe 、Zn 、Cu 、Mn，主要组织组成物为Mg2Si，Mg/Si比为，大部分合金不是含过量镁就是含过量的硅。当镁过量时，合金的抗蚀性好，但强度与成形性能低；当硅过量时，合金的强度高，但成形性能及焊 接性能较低，抗晶间腐蚀倾向稍好。 工艺参数 采用直流焊接电源，焊接电流为14 KA，电极压力为 KN，焊接时间为15个周波(相应频率50 Hz)。 具体方案见表1： 焊接温度场的模拟 焊接温度场的准确计算是焊接冶金分析、残余应力与变形计算以及焊接质量控制的前提，焊件在快速 加热和冷却过程中温度场的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件。焊接温度场的 准确计算必须建立起准确的热传递数学模型和符合焊接生产实际的物理模型，并应用有限元 软件的校正工 具，根据具体的焊接工艺和条件对热源进行校正；考虑了材料热物理性能参数与温度的非线性关系，建立 了焊接过程的数学模型和物理模型[6,7]。 在焊接过程中，由热源传给焊件的热量，主要是以辐射和对流为主，而母材和焊接材料获得热能后， 热的传播则是以热传导为主。焊接传热过程中所研究的内容主要是焊件上的温度分布及其随时间的温度变 化问题[8]。因此研究焊接温度场，是以热传导为主，适当地考虑辐射和对流作用。 焊件上某点瞬时的温度分布称为温度场，可以表示为： T T ( X , Y , Z , t ) 式中 T 为焊件上某点的瞬时温度，(x , y , z)是某点的坐标，t是时间。 因此非线性瞬态热传导问题的控制方程可以表示为： 式中 c、ρ为材料的比热容、密度，T为温度场的分布函数，t为时间，kx , ky , kz分别为x , y , z方向 上的导热系数； Q是内热源。 温度场计算时, 将模型的对称面定义为绝热边 界条件, 即 其他周围表面定义为换热边界条件, 即 式中 是材料的热导率，n是边界表面外法线方向，α是表面换热系数，Ta是周围介质温度，Ts是物体表面 温度。 点焊相变组织的模拟 相变潜热 焊接过程中伴随着相的转变，在有限元计算中其产生的相变潜热以焓的形式表示[9]，即 式中 (T )c(T ) 分别为材料的密度和比热，均为温度的函数。 在某一温度增量区间，所产生的总的相变潜热表示为各相值的叠加，即 式中：Aj为第j 相的相变潜热，V j 为第j 相的转变体积比,且 å V j = 1 ；n是材料中相的个数。相的转变体积比,且 ；n是材料中相的个数。 相变模拟原理 对于铝合金的相变模拟，主要通过铝合金的回复与再结晶原理，如图1。如果材料有经过温度循环，当 最高温度高于重结晶温度时，重结晶开始发生并产生影响。材料重结晶的比例不仅取决于最高温度，也取 决于热循环过程。可以用如下公式来计算： 等温反应动力学： 非等温反应动力学附加规律： 模拟计算结果 温度场的模拟结果 如图 2 为焊接时间 250ms 时 l／4 平面所成的温度分布，再通过 sysweld 有限元软件，分别在熔核区 中心，熔合线，热影响区，母材组织上取四个固体单元，形成如图 3 所示的温度曲线。由图 2，3 可以看出 在焊接过程中，熔核中心的最高温度可达 720℃，且长时间温度维持在 700℃左右；熔合线附近可达 600℃， 也长时间维持在这个温度；热影响区最高温度可达 500℃左右；而母材最高温度只达到 300℃左右。 相变组织的模拟结果 通过有限元模拟可得到如图4所示结果，6082铝合金点焊结果会出现明显不同的三相分布分别为：母 材、热影响区和熔核区组织。 4 结果分析和讨论由模拟分析结果可以看出， 6082 铝合金点焊会出现比较明显的三种组织的分布，再根据模拟所用的 焊接参数进行试验验证，然后进行金相组织观察（试样用凯勒试剂浸蚀）。可以得到图 5－图 9 的微观组织 图。 由图 5 可见，6082 铝合金点焊组织有着明显的三个组织相分布，中间的小圆为熔核部分，外圆为热影 响区，外边即为母材，与模拟的相变结果（图 4 所示）完全相同。 铝合金的主要热处理方式是固溶处理和时效处理，通过第二相的沉淀硬化来提高强度、硬度等性能。 6082 铝合金为 T4 状态（固溶处理＋自然时效）是经固溶、时效后的合金，其主要强化相是 Mg2Si。在焊 接热循环的影响下，铝合金基体中的这些沉淀相粒子将发生再次固溶、析出和长大过程，对焊接前的基体 产生或多或少的破坏。它们的熔点为 595℃，焊接加热温度超过这一熔点时,部分强化相就会熔解[10]。 图 6 为母材组织，其铝合金基体上分布着粗大且呈长条形的析出相；图 7 为熔核中心组织，其内组织 主要为细小的等轴晶粒；图 8 为处于塑性环熔合线周围的组织，靠近熔合线的熔核区主要是柱状晶粒和部 分等轴晶粒，靠近熔合线的热影响区为粗大的晶粒；图 9 为热影响区中心组织，其铝合金基体上的析出相 细小且呈圆粒状。 从图 4 可以得知，在塑性环内的熔核区中心最高温度远远高于 595℃，可达 720℃左右，且比较长时间 的维持在 700℃，这个温度使熔核区中心的晶粒完全的熔化，在铝合金基体上的第二相重新熔化和固溶， 化合物因固溶而进一步减少。在铝合金基体上分布着弥散的，细小的第二相对晶界移动起着重要的阻碍作 用，第二相质点越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大的能力越强，所形成的晶粒也就越细小，且在熔核区 内合金元素溶入的比较多，在很大程度上阻碍了晶界的移动，焊接为快速加热，金属内存在的晶格畸变现 象来不及回复，自扩散系数增加，使合金再结晶晶核增多，造成晶粒细小，所以在熔核中心冷却后形成的 组织为细小的等轴晶粒；由于点焊冷却速度较快，靠近熔合线的熔核区的结晶组织主要是从熔合线向内生 长的柱状晶。运用图 1 描述的铝合金重结晶现象可以发现，靠近塑性环的热影响区的晶粒处于长大阶段， 晶粒生长方向与热流方向一致，有着明显的粗大晶粒且在晶界上分布一些析出相，应为晶粒长大区；6082 合金母材组织为板材组织，其析出相方向与板材成形方向一致，也有少量析出相呈三角形，在晶界上析出， 由于其含有 Cu，Mg，Al，Si，Mn 等合金元素，析出相比较复杂，主要为 Mg2Si。图 6 中的母材组织为退 火组织，所以其部分析出相变的相对细小和一定的圆形状。对于热影响区，其析出相明显比母材组织细小， 且没有方向性，但已经开始出现圆粒状，分布也比母材组织均匀，但还是有一部分为粗大的析出相，且呈 长条形，没有完成再结晶，由图 1 铝合金重结晶原理可知其组织应为回复区和回复再结晶区，晶界基5 结 论1、本文采用数值仿真手段预测熔核的组织，运用sysweld的相变模拟原理，完成对6082铝合金点焊组织的 模拟和预测。 2、采用本文提出的有限元点焊模型，运用相变模拟软件，可以模拟出与实际焊接结果十分吻台的结果，因 此可作为选择和优化点焊参数的一个有效工具。 3、6082铝合金熔核区晶粒细小，组织分布均匀而且弥散，热影响区有着比较明显的回复区，回复与再结晶 区和晶粒长大区，母材组织为板材组织，晶粒方向为轧制方向，且铝基体上分布大量粗大的第二相质点。 4、点焊接头相变组织的模拟是一项新技术，它尚处于起步阶段，在理论上还存在着尚未澄清问题，另外在 计算方法上也有改进余地，其应用更接近空白，因此，有必要从理论和计算方法上进行系统而有深入的 探索，以使新兴方法尽快用于工程实践。 参考文献：赵熹华,姜以宏,薄件点焊熔核凝固组织分析，焊接学报，1994(2):89~93. Ronda J,O liver G J. Consistent Thermo-Mechano-Metallurgical Model of Welded Steel with Unified Approach to Derivation of Phase Evolution Laws and Transformation - Induced Plasticity. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering。2000, 189 (2) : 361～ 417. Yang Z, Elmer J W , Wong J. Evolution of Titanium Arc Weldment Macro and Microstructures- Modeling and Real Time Mapping of Phases。 Welding Journal, 1997, 76 (4) : 172～ 181. Matteo Palmonella, Michael I, Friswell, et al. Finite element models of spot welds in structural dynamics: review and updating[J]. Computers & Structures. 2005,3 (83): 648-661 . Deng X, Chen W, Shi G, et al. Three-dimensional finite element analysis of the mechanical behavior of spot welds[J]. Finite Elements in Analysis and Design. 2007,185( 1): p 160-165. Feulvarch E, Bergheau , Robin V, et al. Resistance spot welding simulation: a general finite element formulation of electrothermal contact conditions Source[J]. The VLSI Journal. 2004, 38(1): 436-441. 唐新新，单平，罗震等.点焊熔核尺寸及焊接电流逆过程设计[J].焊接学报,2007,11：45～48. 潘韧坚等. 基于 ANSYS 的有限元方法在焊接热效应分析中的应用[J]. 焊接技术，2004（1）：6～8 刘哲,李午申，陈翠欣等,.热-冶金相互作用下焊接温度场的三维动态有限元模拟 [J ] .机械科学与技术, 2005,12 : 1396 -1399 邹永恒,陶虹,徐国明,等. 6082 铝合金热处理工艺参数的研究[J ]. 金属热处理,2007, 32(10) : 71 - 76. Simulation and Research for the Microstructure of Aluminum Spot给你部分参考
跟你是一个专业的，之前我也在为论文苦恼了半天，网上的范文和能搜到的资料，大都不全面，一般能有个正文就不错了，开题报告、中期报告什么的都没有，关键是没有数据和分析部分，我好不容易搞出来一篇，结果老师说太简单。还好后来找到铭文网，直接让老师辅导我写作，非常专业，核心的部分帮我搞定了，也给了很多参考文献资料。哎，专业的事还是要找专业的人来做啊，建议有问题参考下铭文网吧。
铝合金电阻点焊广泛应用于航空航天、电子、车辆及轻工部门等领域,在现代制造业中具有重要的地位。然而,由于铝合金电阻点焊在连续点焊过程中存在焊点质量不稳定和电极使用效率低等问题,限制了电阻点焊在这些领域内的应用和推广。造成这一问题的主要原因是点焊过程中电极端面的铜铝合金化现象,而电极端面较高的温度与压力分布又对合金化反应起决定性作用。电阻点焊过程是一个高度非线性、多物理场耦合(热、电、力)作用的复杂过程。焊接时间的短暂性,熔池形成过程的不可见性,都给试验观察带来了困难,因此,本文拟采用数值模拟的方法,以ANSYS软件为工具,对铝合金点焊过程中铜铝合金化的反应机制进行模拟研究。具体研究成果如下:本文根据弹塑性理论和接触性理论对电阻点焊预压阶段的接触行为进行数值分析,获得了铝合金点焊接触面的初始接触区域。并在此基础上,根据点焊过程的基本方程,建立了铝合金电阻点焊过程的热、电、力耦合模型。利用所建立的耦合模型对铝合金点焊的温度场、应力场进行数值模拟分析,结果表明:在点焊初始阶段,由于接触电阻的分布很不均匀,造成接触面上的局部区域产生很高的温度,甚至能达到铜铝之间产生合金化反应的温度。但这种加热不均匀的现象持续时间非常短,且大部分分布在电极端面的边缘处,该处也为应力集中处。为了进一步研究铜铝合金化反应的机理,本文建立了一种基于铜和铝扩散反应进行的有限元模型。由于热传导方程和扩散方程在表达形式上的相似性,所以用模拟热传导的方式来模拟铝在铜电极中的单向扩散过程,以温度分布表示扩散浓度的分布情况。通过对扩散反应的分析,提出了在点焊过程中发生铜铝合金化的可靠性理论:铜和铝在电极压力的作用下形成机械混合物,并以原子扩散的形式不断进行原子级别上的混合,形成铝在铜中的固溶体α(Cu),当铝元素在铜基中的含量超过,并且达到铜铝的共晶反应温度时,便生成了铜铝金属间化合物。另外,在高温高压下电极端部会产生塑性变形,提高电极内部的位错密度,利于铝原子的扩散。
摘 要：电阻点焊的组织决定焊接接头熔核的性能，熔核的性能决定焊接的质量。通过模拟 点焊接头的组织，可预测在不同点焊参数下接头的组织形态和力学性能等，从而实现通过寻 求最佳焊接工艺来改善焊件性能的目的。研究铝合金点焊相变组织的分布规律，对优化点焊 设计和工艺参数有重要的指导作用，本文通过应用有限元模拟软件进行数值模拟，对6082 铝合金电阻点焊过程中的组织转变进行模拟与研究，并通过实验进行验证，从而得出电阻点 焊对6082铝合金的组织转变的影响。试验验证表明，数值模拟与试验结果吻合良好，为铝合 金点焊基础理论研究提供了一种有效的分析手段。 关键词：数值模拟；金相组织 ；铝合金；电阻点焊 Abstract Te microstructure of resistance spot welding decide performance of nuclear fusion in welded joint, the performance of nuclear fusion decide welding quality. By simulation, we can predict microstructure and mechanical properties of spot welding in different parameters, so as to achieve the best welding performance by seeking to improve the welding processes. Research on the distribution of microstructure in aluminum spot welding, have an important role in on the design and optimization of process parameters of spot welding. The paper through the application of finite element simulation software to simulate and research the resistance spot welding of aluminum alloy of 6082, and verify it through experiments, so as to know affection resistance spot welding to aluminum alloy of 6082. Experiments show that numerical simulation and experimental results are consistent, providing an effective analysis for spot welding on aluminum alloy. Key words: Numerical simulation; Microstructure; Aluminum alloy; Resistance spot welding 1、铝合金在航空航天、船舶制造、机车和汽车制造业等领域获得了广泛的应用。轿车采用 铝合金制造车身较采用钢板制造车身可减轻车体重量6O%左右，能显著降低燃料消耗和减少 环境污染。但是，铝合金点焊所存在的问题限制了点焊在铝合金汽车生产中的应用，铝合金 点焊的熔核形状不规则，尺寸大小不一，熔核在凝固时极易形成缩孔、缩松和气孔，由于冷 却速度较快，熔核的结晶组织主要是从熔合线向内生长的柱状晶。在这方面，吉林工业大学 的赵熹华等人通过采用熔核的孕育处理技术做了详细的研究，将柱状晶组织变为等轴晶组 织，取得了良好的效果[1]。但是，该技术如何工程化的问题还正在研究之中。如果能对点焊 的相变组织进行有限元模拟计算，得到铝合金点焊过程温度场和相变组织的分布规律，从微 观上改变焊接质量，对提高和稳定点焊质量具有重要意义。 铝合金点焊是一个高度非线性的力、热、电相耦合的复杂过程，随着焊接研究的深入， 温度，相变和热应力之间的耦合效应越来越受到人们的重视。 等人曾提出温度，相 变，热应力之间的耦合关系式， 等人利用该耦合模型对焊接接头进行了有限元计算。 Ronda 等[2]用统一的方法推导了相变规律和相变塑性，建立了相容的 TMM 模型，并形成了系 统理论。Yang 等[3]在热冶金耦合方面也作了深入的研究。他们在模拟温度场、速度场、热循 环以及熔池形状时,采用瞬时、3 维、湍流条件下的热传输和流体流动模型。 本文基于有限元专业焊接模拟软件动态模拟焊接的全过程，进行数值模拟时，考虑了材 料热物理性能与温度的非线性关系，以及相变潜热对温度场的影响，实现温度场和应力应变 场的耦合计算，揭示了铝合金点焊过程温度场和相变组织的分布规律，其结果有助于更好地 了解焊接过程中熔体的运动状态、凝固组织细化和产生缺陷的原因,为正确选择点焊工艺参 数等提供理论指导。 2 点焊相变原理熔核、塑性环及其周围母材金属的一部分构成了点焊接头。在良好的点焊焊接循环条件 下，接头的形成过程是预压、通电加热和冷却结晶三个连续阶段所组成。 （1）预压阶段：在电极压力的作用下清除一部分接触表面的不平和氧化膜，形成物理触点，为焊接电 流的顺利通过及表面原子的键合作准备。（2）通电加热阶段：在热与机械力作用下形成塑性环、熔核，并 随着通电加热的进行而长大，直到获得需要的熔核尺寸。通电刚开始，由于边缘效应，使焊件接触面边缘 处温度首先升高，接着由于金属加热膨胀，接触面和电流场均扩展并伴有绕流现象，而靠近电极的焊接区 金属散热较有利，从而在焊接区内形成了回转双曲面的加热区，其周围产生了较大的塑性变形。随着通电 加热的持续，电极与工件接触表面增加，表面金属的冷却增强，而焊接区中心部位由于散热困难温度继续 升高，形成被塑性环包围的回转四方形液态熔核。继续延长通电时间，塑性环和熔核不断长大。当焊接温 度场进入准稳态时，最终获得椭圆形液态熔核，周围是将熔核紧紧包围的塑性环。（3）冷却结晶阶段：使 液态熔核在压力作用下冷却结晶。由于材质和焊接规范特征不同，熔核的凝固组织可有三种：柱状组织、 等轴组织、“柱状+等轴”组织。 由于点焊加热集中、温度分布陡、加热与冷却速度极快，若焊接参数选用不当，在结晶过程中会出现 裂纹、胡须、缩孔、结合线伸入等缺陷，可通过减慢冷却速度和段压力等措施来防止缺陷产生。 3 点焊熔核有限元仿真点焊是一个多因素及多重非线性的复杂问题。在进行数值模拟时，考虑其可作为轴对称问题，对等厚 板的焊接取l／4平面进行分析。为简化计算，本文假定电极压力恒定。 本文采用简化的轴对称2D模型建立6082铝板点焊的简化模型。出于简化模型的目的，假设上下两块铝 板在与电极端面直径对应的中心部分以及电极端面是粘连的，假设电极-工件间及工件间的接触行为属于无 滑动接触。焊接电流为恒流，材料的热物理性能随温度变化，忽略电流的趋表效应、接触面的热电效应和 接触热阻[4,5]。模型的网格采取自由划分，共含1996个固体单元，2120个节点。被连接材料为6082铝合金， 板厚 mm，采用Cu～Cr合金电极，端部直径6 mm，端部曲面半径40 mm。 材料属性 材料的热物理性能参数是温度的函数，在模拟中，材料的热物理性能除了密度和潜热外，其他如比热、 导热系数、电阻率等均随温度变化。材料在相变和熔化时存在潜热，模拟中将潜热在相变温度区间均匀折 算为比热容，以模拟其产热效果。 6082铝合金是Al-Mg-Si系铝合金，该合金的组织比较简单，主要合金元素为Mg、Si ,另外还有少量的Fe 、Zn 、Cu 、Mn，主要组织组成物为Mg2Si，Mg/Si比为，大部分合金不是含过量镁就是含过量的硅。当镁过量时，合金的抗蚀性好，但强度与成形性能低；当硅过量时，合金的强度高，但成形性能及焊 接性能较低，抗晶间腐蚀倾向稍好。 工艺参数 采用直流焊接电源，焊接电流为14 KA，电极压力为 KN，焊接时间为15个周波(相应频率50 Hz)。 具体方案见表1： 焊接温度场的模拟 焊接温度场的准确计算是焊接冶金分析、残余应力与变形计算以及焊接质量控制的前提，焊件在快速 加热和冷却过程中温度场的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件。焊接温度场的 准确计算必须建立起准确的热传递数学模型和符合焊接生产实际的物理模型，并应用有限元 软件的校正工 具，根据具体的焊接工艺和条件对热源进行校正；考虑了材料热物理性能参数与温度的非线性关系，建立 了焊接过程的数学模型和物理模型[6,7]。 在焊接过程中，由热源传给焊件的热量，主要是以辐射和对流为主，而母材和焊接材料获得热能后， 热的传播则是以热传导为主。焊接传热过程中所研究的内容主要是焊件上的温度分布及其随时间的温度变 化问题[8]。因此研究焊接温度场，是以热传导为主，适当地考虑辐射和对流作用。 焊件上某点瞬时的温度分布称为温度场，可以表示为： T T ( X , Y , Z , t ) 式中 T 为焊件上某点的瞬时温度，(x , y , z)是某点的坐标，t是时间。 因此非线性瞬态热传导问题的控制方程可以表示为： 式中 c、ρ为材料的比热容、密度，T为温度场的分布函数，t为时间，kx , ky , kz分别为x , y , z方向 上的导热系数； Q是内热源。 温度场计算时, 将模型的对称面定义为绝热边 界条件, 即 其他周围表面定义为换热边界条件, 即 式中 是材料的热导率，n是边界表面外法线方向，α是表面换热系数，Ta是周围介质温度，Ts是物体表面 温度。 点焊相变组织的模拟 相变潜热 焊接过程中伴随着相的转变，在有限元计算中其产生的相变潜热以焓的形式表示[9]，即 式中 (T )c(T ) 分别为材料的密度和比热，均为温度的函数。 在某一温度增量区间，所产生的总的相变潜热表示为各相值的叠加，即 式中：Aj为第j 相的相变潜热，V j 为第j 相的转变体积比,且 å V j = 1 ；n是材料中相的个数。相的转变体积比,且 ；n是材料中相的个数。 相变模拟原理 对于铝合金的相变模拟，主要通过铝合金的回复与再结晶原理，如图1。如果材料有经过温度循环，当 最高温度高于重结晶温度时，重结晶开始发生并产生影响。材料重结晶的比例不仅取决于最高温度，也取 决于热循环过程。可以用如下公式来计算： 等温反应动力学： 非等温反应动力学附加规律： 模拟计算结果 温度场的模拟结果 如图 2 为焊接时间 250ms 时 l／4 平面所成的温度分布，再通过 sysweld 有限元软件，分别在熔核区 中心，熔合线，热影响区，母材组织上取四个固体单元，形成如图 3 所示的温度曲线。由图 2，3 可以看出 在焊接过程中，熔核中心的最高温度可达 720℃，且长时间温度维持在 700℃左右；熔合线附近可达 600℃， 也长时间维持在这个温度；热影响区最高温度可达 500℃左右；而母材最高温度只达到 300℃左右。 相变组织的模拟结果 通过有限元模拟可得到如图4所示结果，6082铝合金点焊结果会出现明显不同的三相分布分别为：母 材、热影响区和熔核区组织。 4 结果分析和讨论由模拟分析结果可以看出， 6082 铝合金点焊会出现比较明显的三种组织的分布，再根据模拟所用的 焊接参数进行试验验证，然后进行金相组织观察（试样用凯勒试剂浸蚀）。可以得到图 5－图 9 的微观组织 图。 由图 5 可见，6082 铝合金点焊组织有着明显的三个组织相分布，中间的小圆为熔核部分，外圆为热影 响区，外边即为母材，与模拟的相变结果（图 4 所示）完全相同。 铝合金的主要热处理方式是固溶处理和时效处理，通过第二相的沉淀硬化来提高强度、硬度等性能。 6082 铝合金为 T4 状态（固溶处理＋自然时效）是经固溶、时效后的合金，其主要强化相是 Mg2Si。在焊 接热循环的影响下，铝合金基体中的这些沉淀相粒子将发生再次固溶、析出和长大过程，对焊接前的基体 产生或多或少的破坏。它们的熔点为 595℃，焊接加热温度超过这一熔点时,部分强化相就会熔解[10]。 图 6 为母材组织，其铝合金基体上分布着粗大且呈长条形的析出相；图 7 为熔核中心组织，其内组织 主要为细小的等轴晶粒；图 8 为处于塑性环熔合线周围的组织，靠近熔合线的熔核区主要是柱状晶粒和部 分等轴晶粒，靠近熔合线的热影响区为粗大的晶粒；图 9 为热影响区中心组织，其铝合金基体上的析出相 细小且呈圆粒状。 从图 4 可以得知，在塑性环内的熔核区中心最高温度远远高于 595℃，可达 720℃左右，且比较长时间 的维持在 700℃，这个温度使熔核区中心的晶粒完全的熔化，在铝合金基体上的第二相重新熔化和固溶， 化合物因固溶而进一步减少。在铝合金基体上分布着弥散的，细小的第二相对晶界移动起着重要的阻碍作 用，第二相质点越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大的能力越强，所形成的晶粒也就越细小，且在熔核区 内合金元素溶入的比较多，在很大程度上阻碍了晶界的移动，焊接为快速加热，金属内存在的晶格畸变现 象来不及回复，自扩散系数增加，使合金再结晶晶核增多，造成晶粒细小，所以在熔核中心冷却后形成的 组织为细小的等轴晶粒；由于点焊冷却速度较快，靠近熔合线的熔核区的结晶组织主要是从熔合线向内生 长的柱状晶。运用图 1 描述的铝合金重结晶现象可以发现，靠近塑性环的热影响区的晶粒处于长大阶段， 晶粒生长方向与热流方向一致，有着明显的粗大晶粒且在晶界上分布一些析出相，应为晶粒长大区；6082 合金母材组织为板材组织，其析出相方向与板材成形方向一致，也有少量析出相呈三角形，在晶界上析出， 由于其含有 Cu，Mg，Al，Si，Mn 等合金元素，析出相比较复杂，主要为 Mg2Si。图 6 中的母材组织为退 火组织，所以其部分析出相变的相对细小和一定的圆形状。对于热影响区，其析出相明显比母材组织细小， 且没有方向性，但已经开始出现圆粒状，分布也比母材组织均匀，但还是有一部分为粗大的析出相，且呈 长条形，没有完成再结晶，由图 1 铝合金重结晶原理可知其组织应为回复区和回复再结晶区，晶界基5 结 论1、本文采用数值仿真手段预测熔核的组织，运用sysweld的相变模拟原理，完成对6082铝合金点焊组织的 模拟和预测。 2、采用本文提出的有限元点焊模型，运用相变模拟软件，可以模拟出与实际焊接结果十分吻台的结果，因 此可作为选择和优化点焊参数的一个有效工具。 3、6082铝合金熔核区晶粒细小，组织分布均匀而且弥散，热影响区有着比较明显的回复区，回复与再结晶 区和晶粒长大区，母材组织为板材组织，晶粒方向为轧制方向，且铝基体上分布大量粗大的第二相质点。 4、点焊接头相变组织的模拟是一项新技术，它尚处于起步阶段，在理论上还存在着尚未澄清问题，另外在 计算方法上也有改进余地，其应用更接近空白，因此，有必要从理论和计算方法上进行系统而有深入的 探索，以使新兴方法尽快用于工程实践。 参考文献：赵熹华,姜以宏,薄件点焊熔核凝固组织分析，焊接学报，1994(2):89~93. Ronda J,O liver G J. Consistent Thermo-Mechano-Metallurgical Model of Welded Steel with Unified Approach to Derivation of Phase Evolution Laws and Transformation - Induced Plasticity. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering。2000, 189 (2) : 361～ 417. Yang Z, Elmer J W , Wong J. Evolution of Titanium Arc Weldment Macro and Microstructures- Modeling and Real Time Mapping of Phases。 Welding Journal, 1997, 76 (4) : 172～ 181. Matteo Palmonella, Michael I, Friswell, et al. Finite element models of spot welds in structural dynamics: review and updating[J]. Computers & Structures. 2005,3 (83): 648-661 . Deng X, Chen W, Shi G, et al. Three-dimensional finite element analysis of the mechanical behavior of spot welds[J]. Finite Elements in Analysis and Design. 2007,185( 1): p 160-165. Feulvarch E, Bergheau , Robin V, et al. Resistance spot welding simulation: a general finite element formulation of electrothermal contact conditions Source[J]. The VLSI Journal. 2004, 38(1): 436-441. 唐新新，单平，罗震等.点焊熔核尺寸及焊接电流逆过程设计[J].焊接学报,2007,11：45～48. 潘韧坚等. 基于 ANSYS 的有限元方法在焊接热效应分析中的应用[J]. 焊接技术，2004（1）：6～8 刘哲,李午申，陈翠欣等,.热-冶金相互作用下焊接温度场的三维动态有限元模拟 [J ] .机械科学与技术, 2005,12 : 1396 -1399 邹永恒,陶虹,徐国明,等. 6082 铝合金热处理工艺参数的研究[J ]. 金属热处理,2007, 32(10) : 71 - 76. Simulation and Research for the Microstructure of Aluminum Spot给你部分参考
主要考虑3个方面：首先，确定焊接方法，一般采用惰性气体保护焊，如钨极氩弧焊（TIG)或熔化极氩弧焊（MIG）。其次确定焊接材料，焊丝一般采用与母材成分相同的焊丝。最后，还要确定是否采用预热等工艺措施，铝合金焊接时当壁厚大于25mm时，要预热，一般预热温度在250℃以上。
铝，是一种化学元素。它的化学符号是Al，它的原子序数是13。铝元素在地壳为了更有效地焊接铝合金，人们发展了激光-电弧复合焊接工艺。激光-电弧复合
激光焊接铝合金，因为铝表面比较平且光亮，所以激光照在上面易形成镜面发射，真正被铝吸收的能量可能只有百分之三十左右，激光功率的选择要根据你的焊件大小和焊料熔化温度有关，为了使工件（管材）受热均匀，我们用4个激光头同时照射，功率各是100w。保护气体采用惰性气体，不能采用氮气，氮气高温下会与铝发生反应，电流主要影响熔池深度，气体则保护熔池高温下不与空气中氧气反应，当然气体流量过大会带走大量反应热导致热输入不够，根据情况适当调节，TIG焊热输入铝能吸收百分之六十到七十间，具体参数也是根据工件尺寸来设定，焊接原理和前面的类似，根据实际情况确定了，试试吧！
特种加工机床范围较广，有几十个门类。包括：电火花加工（EDM）、电化学加工（ECM）、电解磨削加工（ECG）、化学加工（CHM）、电弧加工（EAM）、激光加工（LBM）、超声加工（USM）、离子束加工（IBM）、电子束加工（EBM）、等离子弧加工（PAM）、快速成型加工（RPM）、磨料射流加工（AJM）等等。 特种加工机床原属金属切削加工机床范畴，但由于特种加工机床与金属切削加工机床机理完全不同，机床功能部件的性能不同，以及它在国民经济中重要地位和作用等原因，2003年国家标准化管理委员会明确为与金切机床并行的独立的机床体系。1、特种加工机床主要特点 (1)特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分 随着特种加工技术的发展，一方面计算机技术、信息技术、自动化技术等在特种加工中已获得广泛应用，逐步实现了加工工艺及加工过程的系统化集成；另一方面，特种加工能充分体现学科的综合性，学科(声、光、电、热、化学等)和专业之间不断渗透、交叉、融合，因此，特种加工技术本身同样趋于系统化集成的发展方向。这二方面说明，特种加工技术已成为先进制造技术的重要组成部分。一些发达国家也非常重视特种加工技术的发展，如日本把特种加工技术和数控技术作为跨世纪发展先进制造技术的二大支柱。特种加工技术已成为衡量一个国家先进制造技术水平和能力的重要标志。这是特点之一。 (2)特种加工具有独特的加工机理 特种加工不是依靠刀具、磨具等进行加工，而主要依靠电能、热能、光能、声能、磁能、化学能及液动力能等进行加工，其加工机理与金属切削机床完全不同。能量的发生与转换、使能过程的控制是特种加工高新技术的重要部分。这是特点之二。 (3)增材加工是特种加工的重要发展方向 金属切削机床、特种加工机床一大部分是减材加工。我国从二十世纪八十年代末发展起来的快速成形(RP)加工技术是属于特种加工技术的一种增材加工的新领域。它利用分层制造原理(离散堆积)及分层处理软件，理论上可以制造任意复杂形状的零、部件，能适应高科技、个性化、小批量生产的需要，增材加工的RP加工技术已成为特种加工的特点之三。 (4)特种加工可以进行二种或二种以上能量的复合加工 一般来说，“组合加工”是指在一台机床上二种不同加工形式(能量)在加工过程中交替使用的加工方式；“复合加工”是指在一台机床上实现二种或二种以上能量(形式)在加工过程中同时作用的加工方式，例如，电能和声能、化学能和电能、光能和化学能、化学能和电能及机械能等复合，以获得高效或精密加工的效果，这是特点之四。 (5)特种加工技术应用领域的重要性和特殊性 特种加工适用于各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性、微细等金属和非金属材料的加工，以及各种新型、特殊材料的加工，在航空航天、军工、汽车、模具、冶金、机械、电子、轻纺、交通等工业中解决了大量传统机械加工难于解决的关键、特殊的加工难题。所以在国民经济的众多关键制造工业中发挥着极其重要的不可替代的作用。例如，在航空航天工业中各类复杂深小孔加工、发动机蜂窝环、叶片、整体叶轮加工、特殊材料的切割加工、钛合金加工等等。在军事工业中，例如核武器及高新技术武器几乎全是特殊材料和高新技术材料，各种零件的成形加工、各种孔加工、精密薄材加工等特种加工发挥着特殊重要的作用。这是特点之五。 (6)特种加工机床产量世界第一 由于特种加工机床应用领域的广泛性和重要性，在我国已形成由生产企业、大专院校、研究院所200多个单位组成的特种加工机床行业，其电火花加工机床的年产量就约达30000台之多，其产量为世界第一。是名副其实的生产大国(但不是生产强国)这是特点之六。 2、行业概况和现状 (1)我国生产的特种加工机床主要种类 特种加工机床种类较多，据不完全统计约有30多种。在我国已形成了产业化生产或具有一定产量的特种加工机床主要种类有： ①电火花加工机床：以电火花成形机、电火花线切割机、电火花高速小孔加工机等为主。 ◆ 电火花成形机：产量约3500～4000台/年。普及型数控电火花成形机(NCSEDM)约800～1000台/年。部分NCSEDM为当前国际水平，主要由独资及合资企业生产。 ◆ 电火花线切割机(WEDM)：分高速走丝电火花线切割机(HSWEDM)和低速走丝电火花线切割机(LSWEDM)，HSWEDM和LSWEDM数控化率均为100%，产量约25000台/年。LSWEDM属国产高档机床，为普及型数控机床，产量约占WEDM的3～4%，部分LSWEDM为当前国际水平，主要由独资及合资企业生产。 ◆电火花高速小孔加工机(HSEDM)：产量约1500台/年。极大部分为手动型或点位控制型。最大径深比为1：300(也有1：1000的)，其加工工艺指标与国外水平相当。 其他电火花加工机床均为专用机床。 ②电解加工机床 ◆ 电解成形加工机床：有普通型、数控型(包括展成加工型)，产量约20～30台/年。 ◆ 电解去毛刺机床：都为专用机床，约15～20台/年。 ③电解磨削加工机床 都为专用机床，约十几台/年。 ④超声加工机床 ◆ 超声抛光机：有二种型式，一种为单一用声能的超声抛光机，一种为电火花—超声抛光机。产量约为150～200台/年。 ◆ 超声成形加工机床：产量较少。 ⑤快速成形(RP)机床 ◆ 选择性激光烧结(SLS)机床： 我国作为高新技术产品，产量约为30台/年。 ◆ 三维光刻(SL)机床：为高新技术产品，产量约25～30台/年。产品性能与国外相比差距已在缩小，但成形材料性能与国外相比还有相当大的差距。 ◆ 熔融挤压成形(FDM)机床：为高新技术产品，产量约30台/年。产品部分指标已达到国际先进水平。 ◆ 分层实体制造(LOM)机床：产量约15台/年。 ⑥激光加工机床 ◆ 激光切割机床：产量约100台/年。国内在大功率快速轴流CO2激光器的研制上落后，因而国内激光切割机的激光器都依赖进口(或国内组装生产的激光器)。 其他激光加工设备，如激光雕刻机、激光小孔加工机等产量不大。 ⑦等离子弧切割机 产量约15～20台/年。 ⑧高压水射流切割机床 我国的产量不大，约20～30台/年。 ⑨电熔爆加工机床 主要用于冶金及建筑行业等轧辊加工，为国家高新技术产品，产量约10～15台/年。 (2)特种加工机床行业总的产量、产值 ①总产量31000～32000台/年。 (2)总产值(按人民币核算) 电火花加工机床总产值约：17亿/年。 其他特种加工机床产值约：3～4亿/年。 总产值约：20～21亿/年。 (3) 特种加工机床的出口情况 ①出口量 主要为电火花加工机床及少量的RP机床出口，包括二个独资企业在内出口量约1100～1200台/年。 ②出口金额 总出口额约3500万美元/年
先上图书馆找资料找 精密加工和特种加工 之类的书里面很全手写的很好
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★ 对论文的总结和展望
我写的《生物医用钛及钛合金的粉末冶金制备工艺研究》，发你一篇肯定不行的，学校都要求原创。当时我也是急啊，还好同学给的莫文网，很快就帮我搞定了，感谢啊思路：关键是实验部分，采用新的粉末冶金方法,以氢化钛粉代替传统钛金属粉末,作为成形和烧结的原材料。采用混合元素法,通过直接烧结TiHH2粉及合金氢化物粉,在烧结过程中直接进行脱氢,制备钛及钛合金。采用热膨胀仪,TG-DSC热重差热分析，X射线衍射(XRD)，SEM及力学性能检测等手段研究了氢化物热分解脱氢过程、烧结致密化过程、烧结样显微组织和力学性能。首先对氢化物分解反应的热力学和动力学进行分析,为确定最佳脱氢-烧结工艺提供理论依据。
铝镁合金焊缝中的气孔主要是由氢引起的。氢的来源有:焊丝和板材中溶解的氢及 其表面氧化膜吸附的结晶水；氩气中的氢和湿气；焊接时由于保护不好空气中的氢和水气进入焊 接熔池等。氢在铝的熔点温度下溶解度发生突变，并随温度增加而急增。铝镁合金在焊接时，焊 缝中能否产生气泡首先取决于溶入氢的浓度，在溶入氢的浓度小于 cm/100g 时，形成气泡 的可能性极小。但在实际焊接过程中，由于某些因素控制不严，在电弧高温作用下，溶解于铝中 氢的浓度就会大于 cm/100g，此时气孔的产生主要取决于结晶速度：当结晶速度快到恰好 抑制了气泡的形成，则氢只能饱和固溶于焊缝金属中，而不以气泡形式逸出，气孔就会发生；当 结晶速度足够慢，已形成的氢气泡来得及逸出焊缝溶池时，也不会形成气孔；当结晶速度正好使 气泡能够形成而来不及逸出时便产生气孔。其次铝镁合金的导热性强，在同样的工艺条件下其熔 合区的冷却速度是钢的4~7倍，不利于气泡的浮出，实际冷却条件下是非平衡状态。实际生产中 发现铝镁合金对氢的溶解度较大，对气孔的敏感性比纯铝低，出现的气孔比较少。 弧柱气氛中水分弧柱空间总是或多或少存在一定数量的水分，尤其在潮湿季节或湿度大的环境里进行焊接时，由 弧柱气氛中的水分分解产生的氢，溶入过热的熔融金属中，是焊缝气孔产生的主要原因。 弧柱气氛中的氢形成焊缝的气孔还与其在铝镁合金中溶解度的变化特性有关，如图3-1所示。在 平衡状态下，氢的溶解度沿图中的实线发生变化，在凝固点时可从 mL/100g 突降到 ，相差约20倍（在钢中只差不到2倍），这就是形成气孔的重要原因之一。况且铝镁 合金的导热性很强，在同样的工艺条件下，熔合区的冷却速度是高强钢的4~7倍，不利于气泡的 浮出，更易促使形成气孔。而在实际的冷却条件下是非平衡状态，溶解度变化沿a 间溶解度差所造成的气泡数量虽然不多，但可能来不及逸出，而在上浮途中被“搁浅”，形成粗大而孤立的“皮下气孔”；同样，若 冷却速度较小，从a 到b’气孔虽然多一些，但可能来得及聚合浮出，在凝固点时，由于溶解度 突变 c’)，伴随着凝固过程可在结晶的枝晶前沿形成许多微小气泡，枝晶晶体的交互生长致使气泡的生长受到限制，并且不利于浮出，因而可沿结晶的层撞线形成均布形式的 小气孔，称为“结晶层气孔”。 不同的合金系统，对弧柱气氛中水分的敏感性不同，纯铝对气氛中水分最为敏感。Al-Mg 合金含 Mg 量增高，氢的溶解度和引起气孔的临界分压PH2均随之增大，因而对吸收气氛中水分不太敏感。 相比起来，仅对气氛中水分而言，同样焊接条件下，纯铝焊缝产生气孔的倾向要大些。 不同的焊接方法，对弧柱气氛中水分的敏感性也是不同的。TIG 或MIG 焊接时氢的吸收速率和吸 收数量有明显差别。在MIG 焊接时，焊丝是以细小熔滴形式通过弧柱而落入熔池，由于弧柱温度 最高，且熔滴比面积很大，熔滴金属显然最有利于吸收氢；而TIG 焊接时，主要是熔池金属表面 与气体氢反应，因其比表面积小和熔池温度低于弧柱温度，吸收氢的条件不如MIG 焊时有利。同 时，MIG 焊的熔池深度一般大于TIG 焊时深度，也不利于气泡的浮出。所以，MIG 焊焊接时，在 同样的气氛条件下，焊缝气孔倾向要比TIG 焊时大些。 氧化膜中水分在正常的焊接条件下，对于气氛中的水分已经尽量加以限制，这时，焊丝或工件的氧化膜中所吸 附的水分将是生产焊缝气孔的主要原因。而氧化膜不致密、吸水性强的铝合金，要比氧化膜致密 的纯铝具有更大的气孔倾向。这是因为铝镁合金的氧化膜是由Al2O3和MgO 所构成，而MgO 越多， 形成的氧化膜越不致密，因而更容易吸附水分。 MIG焊接时，焊丝表面氧化膜的作用将具有重要意义。MIG 焊接时，由于熔深较大，工件端 部的氧化膜迅速熔化掉，有利于氧化膜中水分的排除，坡口氧化膜对焊缝气孔的影响就小得多了。 焊丝表面氧化膜的清理情况对焊缝含氢量的影响是比较大的， Al-Mg 合金焊丝，则其影响更显 著。实践表明，在严格限制弧柱气氛水分的MIG 焊接条件下，用Al-Mg 合金焊丝比用纯铝焊丝时 具有较大的气孔倾向。 TIG 焊接时，在熔透不足的情况下，母材坡口根部未除净的氧化膜中所吸附的水分，常常是产生 焊缝气孔的主要原因。这种氧化膜不仅提供了氢的来源，而且能使气泡聚集附着。在刚刚形成熔 池时，如果坡口附近的氧化膜未能完全熔化而残存下来，则氧化膜中水分因受热而分解出氢，并 在氧化膜上萌生出气泡；由于气泡是附着在残留氧化膜上，不容易脱离浮出，而且还因气泡是在 熔化的早期形成的，有条件长大，所以常常造成集中形式的大气孔。这种气孔在焊缝根部有未熔 合是就更严重。坡口端部氧化膜引起的气孔，常常沿着熔合区原坡口边缘分布，且内壁呈氧化色 彩，是其重要特征。由于Al-Mg 合金比纯铝更容易形成疏松而吸水性强的厚氧化膜，所以Al-Mg 合金比纯铝更容易产生这种集中形式的氧化膜气孔。为此，焊接铝镁合金时，焊前必须特别仔细 地清理坡口端部的氧化膜。 顺便提到，母材表面氧化膜也会在近缝区引起“气孔”，主要发现于Al-Mg 合金气焊的条件下， 实际上用气焊火焰沿板表面加热一道后，也能看到这种现象。这种“气孔”往往以表面密集的小 颗粒状的“鼓泡”形式呈现出来，也可认为是“皮下气泡”。关于这种“气孔”的产生机理，还 没有比较合理的解释。 材料特性由于液态铝在高温时能吸收大量的氢，冷却时氢在其中的溶解能力急剧下降，在固态时又几乎不 溶解氢，致使原来溶于液态铝的氢大量析出，形成气泡。同时，因铝及铝合金密度小、导热性很 强，不利于气泡的逸出，因此，铝及铝合金焊接易产生气孔。此外，铝镁合金化学活泼性强，表 面极易形成熔点高的氧化膜Al2O3和MgO，由于MgO 的存在，形成的氧化膜疏松且吸水性强，这 就更难避免焊缝中产生密集气孔。用TIG 焊，虽然负半周瞬间氩离子对氧化膜具有“阴极雾化” 作用，但并不能去除氧化膜中的水分，因而铝镁合金焊接比纯铝具有更大的气孔倾向。 氩气的流量与纯度氩气的流量是影响熔池保护效果的一个重要参数。流量过小，氩气挺度不够，排除周围空气能力 弱，保护效果差。但是流量过大，不仅浪费氩气，而且会引起喷出气流层流区缩短，紊流区扩大， 将空气卷入保护区，反而降低了保护效果，使焊缝易产生气孔。这一点在现场施焊时，往往被忽 视。因此，必须选择合适的氩气流量。氩气流量与喷嘴直径大小有关。氩气的纯度对焊接质量也 有较大的影响。氩气纯度低、杂质多，可增加弧柱气氛中氢的含量，同时也降低“阴极雾化”效 焊接工艺焊件坡口准备、组对方式和焊接工艺参数的选择对防止气孔产生至关重要。焊件组对时根部留有 间隙，可使氧化膜有效地暴露在电弧作用范围内。改变焊接参数可影响气体逸出和溶入熔池条件。 焊接速度过慢，熔池保留时间长，增加氢的溶入量；焊接速度较快，易产生未焊透和未熔合缺陷。 实践证明，采用较快的焊接速度，并配以较大的焊接电流，可有效防止气孔的产生。增大焊接电 流不仅能保证根部熔合，而且能增加电弧对熔池的搅拌作用，有利于根部氧化膜中气泡的浮出， 从而减少气孔的产生。 焊接操作技术掌握熟练的操作技能也是防止气孔的一个重要环节。铝镁合金管道现场焊接位置一般为全位置焊 接，施焊时金属熔池所处空间位置不断改变，操作难度较大。但焊枪与工件表面后倾角不能随熔 池位置的改变而任意改变。若夹角过小，其内侧产生紊流，外侧则氩气挺度不够，气体保护熔池 效果差。水平管仰焊接头部位可采用交叉接头法，以避免接头部位产生密集气孔。此外，钨极伸 出长度过长、电弧过长或不稳等，都可能造成保护气体的污染而使焊缝产生气孔。 其它影响因素除上述因素外，还应注意环境因素等方面的影响。在高湿度的环境下，焊丝或输氩管内壁易吸附 结晶水。因此，环境相对湿度愈低愈好。环境温度低于5C 施焊时要预热。
镁合金成形技术研究进展熊守美1 , 苏仕方2(11 清华 - 东洋镁铝合金成形技术研究开发中心 , 清华大学机械工程系 100084 ; 21 中国机械工程学会铸造分会 ,辽宁沈阳 110022)摘要: 镁合金材料及其成形技术的研究和开发对于扩大镁合金在我国的应用具有十分重要的意义。根据第四届中国国际压铸会议论文资料, 综述了国内外镁合金材料及其成形技术的的国内外发展趋势, 包括材料、成形技术及数值模拟等, 展望了镁合金的开发与应用前景。关键词: 镁合金; 材料; 成形技术; 数值模拟中图分类号: TG24912 ; TG14612 2 文献标识码: A 文章编号: 100124977 (2005) 0120020204+Research Progress on Processing Technologyof Magnesium AlloysXIONG Shou2Mei1 , SU Shi2Fang2(11Tsinghua2TOYO R &D Center of Magnesium and Aluminum Alloys Processing Technology , Departmentof Mechanical Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084 , China ; 21Foundry Institution of ChineseMechanical Engineering Society , Shenyang 110022 , Liaoning , China)Abstract : Research and development of magnesium alloys and their processing technology are of greatimportance in promoting domestic applications of magnesium alloys in China. Based on the conferencepapers of the 4th China International Die casting Congress & Exhibition , this paper reviewed the trend ofresearch and development of magnesium alloys and their processing technology at home and abroad , in2cluding materials development , processing technology , and numerical simulation technology , etc. At thesame time , the prospect for magnesium applications was also : magnesium alloy ; materials ; processing technology ; numerical simulation镁合金正被广泛用于汽车、航空、电子以及消费原因 , 使它难以作为关键零部件 (如发动机零件) 材品工业中的各种结构件。尽管这些应用的增长主要受料在汽车等工业中得到更广泛的应用。同时镁合金密重量减轻的驱动 , 但是 , 镁合金的其它优点也起着重排六方的晶体结构决定了其塑性变形能力较差 , 如何要的作用。其一 , 是它们对压铸工艺的独特适应性 ,解决这一问题是镁合金应用的关键之一。针对上述问可以高速生产近终形零件; 其二 , 优良的模具寿命所题 , 研究人员取得了以下进展。节约的生产成本 , 可以弥补其原材料价格比铝合金稍111 压铸镁合金材料开发贵的不足 , 增强与压铸铝合金的竞争力; 此外 , 极好针对商用压铸镁合金抗高温蠕变性能较差的现状 , 以的可加工性能和减振性能也是镁合金具有的重要性AZ 91 合金为基准合金 , 一汽铸造研究所的研究人能。中国现在是世界上最大的镁生产及出口国 , 但镁员〔1〕进行了抗高温蠕变压铸镁合金的开发。论文讨合金在中国工业 , 尤其是汽车工业中的应用仍很有论了稀土元素 Ce , Y, Nd 以及 Ca 和 Si 的添加对压限。因此 , 深入开展镁合金及其成形技术的研究开铸镁合金在常温拉伸性能以及 150 ℃条件下的蠕变行发 , 对于扩大镁合金在中国工业中的应用具有十分重为 , 显微组织的影响 , 以及对表面处理和腐蚀试验的要的意义。影响 , 并进行了实际产品的生产。在第四届中国国际压铸会议的 50 余篇学术论文该文综合考虑合金的化学成分、合金元素的固溶中 , 涉及镁合金及其成形技术的相关论文、学术报告度、各种金属间化合物 , 在保持 AZ 91 合金基本成分有 10 余篇 , 本文将从镁合金材料、成形工艺 , 镁合不变的条件下 , 设计了四组试验合金进行考查。采用金熔体保护及镁合金成形过程数值模拟等方面总结会挤压的方法试制了 30 种成分合金试棒 , 对试棒的常议论文所涉及的相关领域的研究进展。温力学性能和腐蚀行为进行了测试 , 并初步考查了铸造性能和蠕变抗力。通过试验 , 开发的新合金性能接1 镁合金材料研究近德国大众公司开发的 MRI2153 合金 , 合金工艺性能耐热性及疲劳性能是阻碍镁合金广泛应用的主要与 AZ 91 合金相当 , 可以采用与 AZ 91 合金相同的生收稿日期: 2004211220 收到初稿 , 2004211229 收到修订稿。作者简介: 熊守美 (1966 - ) , 男 , 湖北麻城人 , 博士 , 博士生导师 , 主要从事压铸工艺和技术方面的研究。E2mail: smxiong @tsinghua1edu1cn铸造熊守美等: 镁合金成形技术研究进展·21 ·产工艺。在采用沈阳应用化学研究所低成本的电解镁造四大方面为主。其中压铸仍为最主要的成型工艺 ,- 稀土中间合金情况下 , 有效地控制了成本。在蠕变我国镁合金压铸件产量由 1995 年的 1 562 t 提高到试验中发现 , Mg2Al2Re2Zn 体系中的强化相 Al11Ce3 在2002 年的 4 950 t , 7 年里产量增长了 2 倍多 , 平均少量 Ca 存在下稳定性可以进一步提高。Nd 和 Y的添年增长率达 18 %。利用镁合金压铸件代替传统铸铁、加不会使 AZ 91 合金的晶粒度改变 , 但可以产生固溶铸钢件 , 甚至代替铝压铸件 , 正成为制造业特别是汽强化 , 具有极佳的蠕变性能。车制造业的发展趋势〔4〕。112 压铸镁合金的低周疲劳行为研究211 镁合金压铸沈阳工业大学的研究人员〔2〕通过试验发现: 压目前 , 镁合金压铸工艺的研究热点主要集中在两铸态 AZ 91 疲劳寿命最低; 在高应变幅条件下 , 压铸大方面: 镁合金压铸零件的开发设计和镁合金压铸工态 AM50 + Nd 疲劳寿命高于镁合金 AZ 91 , 在较低艺的完善创新。随着模具设计水平和压铸零件性能的应变幅条件下 , 压铸态 AM50 + Nd 的寿命要低于经提高 , 镁合金压铸件的应用领域已经从传统的笔记本过固溶处理的 AZ 91 的疲劳寿命; 经过固溶处理的电脑外壳、手机外壳等表面覆盖件发展到了发动机支AZ 91 镁合金的过渡疲劳寿命明显高于压铸态 , 压铸架、轮毂、框架件等受力部件以及安全部件。态 AM50 + Nd 镁合金的过渡寿命要高于压铸态 AZ相应地 , 为了满足不断提升的零件性能要求 , 随91。经过固溶处理以后 AZ 91 中的β相消失 , 使材料着材料科学和其他科学技术的进步 , 在传统压铸工艺的延展性增加 , 循环硬化程度有所降低。的基础上衍生出了真空压铸、充氧压铸、超低速压铸113 镁合金的铸态组织研究等诸多分支技术。其中真空压铸以其极低的铸件含气镁铝合金在未经变质处理时 , 铸态下晶粒尺寸可量、较好的设备兼容性和优异的铸件性能等优点得到达 3 ×10 ～5 ×10 m , 组织很粗大。合金的组织决2424了高度重视和大力发展。众所周知 , 压铸件的气孔问定性能 , 性能决定合金的应用 , 以往镁合金的组织控题是限制其性能提高的主要瓶颈。真空压铸在传统压制主要是为了提高其塑性变形能力。因为镁合金为密铸工艺周期上耦合真空系统抽除型腔气体 , 是一种减排六方 , 这就决定了其塑性变形能力较差。而实践证少压铸件气孔 , 去除铸模内气体和润滑剂蒸汽的有效明 , 细小等轴晶可以改善镁合金的塑性变形能力。而方法。目前研究的热点是如何在型腔内得到更高的真半固态触变成形也要求初始的铸态组织应为细小的等空度 , 及相应的模具密封工艺。高真空压力铸造得到轴晶组织 , 因此如何控制镁合金的组织是镁合金半固的零件不仅可以大大降低微孔和气孔等铸造缺陷 , 还态成形的关键之一。可以进行热处理和压铸焊接〔5〕。常用的镁合金组织控制工艺主要有液态处理法和沈阳工业大学的研究人员〔6〕研究了压铸镁合金固态处理法两大类。液态处理法由于简单、易于实轮毂缺陷的产生原因 , 通过对浇注系统和零件结构的现 , 不外加额外设备等 , 在工业应用中具有广阔的空改进及压铸工艺参数的调整 , 有效地仿真了缺陷的产间。液态处理法包括添加晶粒细化剂法、过热处理生 , 明显改善了压铸镁合金轮毂件的质量。法、熔体搅拌法两大类。固态处理法包括等静角压清华大学的研究人员〔7〕与一汽合作 , 系统地研(ECEA) 法、大比率挤压法和铸造粉末法。但对以究了各种压铸工艺参数对镁合金压铸件质量的影响规上这些方法的机理还不是很清楚或是方法正处于试验律 , 成功开发了一汽集团首件镁合金压铸件并投入实阶段。对镁合金的组织控制机理缺乏了解 , 产生了一际生产。目前 , 正进行镁合金真空压铸及超低速压铸些混淆 , 导致工业中对镁合金的组织控制主要依靠经的实验研究。验的方法〔3〕。到目前为止 , 对镁合金组织控制的研212 低压铸造究 , 主要集中于外来质点对形核的促进作用、抑制晶低压铸造由于其充型过程的平稳性和良好的排气粒生长的作用和溶质对形核率的影响。在镁合金熔体性能 , 被广泛应用于轮毂等对铸件缺陷较为敏感的零中加入少量的孕育剂 (MgCO3、C2Cl6、FeCl3 等) 或件制造。而传统低压铸造工艺所采用的压缩空气 , 由溶质原子 (Zr、Ca、Sr、RE 等) , 能细化镁合金的铸于气体纯度不够及氧的分压过高所造成的氧化和吸气造组织并改变沉淀物的形貌 , 提高镁合金的力学性等问题会造成铸件的氧化夹杂、微裂纹、缩孔和缩松能 , 改善压力加工性能。但是 , 镁合金组织细化的研等铸造缺陷 , 限制了低压铸造的推广。采用电磁泵充究和应用远不如铝合金的深入 , 值得进一步研究。型的低压铸造新工艺技术 , 以电磁泵充型技术为核心 , 在加压充型和保压时 , 采用非接触式的电磁力直2 镁合金成形技术研究开发接作用于液态金属 , 实现了铝液的平稳输送和充型 ,当前 , 镁合金的成型工艺仍然以 压 力 铸 造并防止由于紊流所造成的二次污染 , 得到了较高的铸(HPDC) 、低压铸造 (L PDC) 、挤压铸造和半固态铸件质量。同时引入计算机控制系统 , 提高了工艺执行Jan. 2005·22 ·FOUNDRYVol154 No11的准确度 , 也使生产效率得到了提升〔8〕。此外 , 由体保护原理的基础上 , 讨论了各种混合气体保护的缺于电磁泵低压铸造工艺所采用的开环控制方式对控制点 , 研究了不同配比、不同的温度和操作条件下精度具有较高的要求 , 针对工艺参数的测定和电磁设HFC2134a 气体对液态镁合金的保护效果 , 并且研究备的开发也展开了一系列研究工作〔9- 10〕。了相关工艺参数和防护工艺。研究结果认为 HFC2213 半固态铸造134a 气体相对于 SO2 和 SF6 具有更优良的保护特性 ,半固态铸造工艺自诞生以来一直受到了广泛的关可作为镁合金熔体气体保护的一种优先选择。注 , 处于研究的前沿。由于该项技术对设备依赖性较4 镁合金压铸过程数值模拟大 , 目前研究重点主要集中在设备性能的提升和完善上。新开发的第二代触变成形机 , 最高射出速度达到在镁合金压铸生产过程中 , 液态或半固态的金属5 m/ s , 其螺杆、套筒等关键部件采用新型合金 , 耐在高速、高压下充型 , 并在高压下迅速凝固 , 容易产高温及热传导性能有所提升 , 锁模机构的刚性和速度生气孔等铸造缺陷。由于镁合金压铸充型速度比铝合得到加强 , 降低了能耗 , 得到了更高的铸件质量和生金更高 , 凝固速度更快 , 因此 , 镁合金压铸对模具的产效率〔11〕。与此同时 , 针对触变成形法的研究也促流道系统及热平衡设计提出了更高的要求。充分了解使了一批新技术的投入使用 , 如热流道系统、长喷嘴充填过程的流动和换热规律 , 设计合理的铸件、铸型技术、触变成形锻压工艺等。结构及浇注系统 , 选择恰当的压铸工艺参数 , 不仅可214 挤压铸造以降低铸件废品率 , 提高铸件质量和生产效率 , 而且挤压铸造在镁铝合金材料领域 , 以其高铸件质可以延长模具的使用寿命。数值模拟方法为解决上述量、高力学性能和高致密度得到了密切的关注。挤压问题提供了有效的手段。通过压铸充型过程流场、温铸造可以使任何壁厚的零件进行固溶热处理 , 从而得度场的数值模拟 , 能够较准确地表达压铸充型过程的到高于常规压铸的力学性能。另一方面 , 挤压铸造可流动和传热规律 , 实现理想的型腔充填状态及模具热以利用在凝固过程中加压的方法 , 得到优于低压铸造平衡状态 , 预测可能产生的卷气、冷隔等缺陷 , 进而的铸件致密结构。同时 , 挤压铸造和半固态铸造的密优化压铸工艺 , 对实际压铸生产具有重要的指导意切联系也使这项技术处于研究的热点。目前挤压铸造义。因而 , 计算机模拟仿真技术被广泛用于镁合金压面临的主要问题是对技术和过程控制要求过高 , 要求铸件的模具设计及工艺分析。的投资比较高。目前的研究重点主要集中在挤压顶清华大学的研究人员〔4〕长期从事压铸过程模拟针、吸热棒的运用 , 挤压位置的选择 , 工艺参数的控仿真技术的研究工作 , 并成功将模拟仿真技术用于镁制等方面〔12〕。合金压铸件的模具设计优化、热平衡分析及模具热应挤压铸造既可以采用专用设备进行生产 , 也可以力和变形的分析。同时 , 特别对压室中的液态金属流在常规压铸机上进行。他解决了传统压铸机不能生产动进行了模拟 , 系统地研究了低速压射速度及压室充厚大件 , 压铸件普遍存在的缩孔缩松问题 , 可生产各满度等参数对压室中的气体卷入 , 并在此基础上提出种不同强度和流动性的合金 , 简化了压铸模具设计的了低速压射的优化工艺。思路 , 降低了简单零件的压铸模具成本 , 使得中小批沈阳工业大学的研究人员〔15- 16〕采用 FLOW3D量零件使用压铸工艺生产变成可能。以挤压铸造技术对不同镁合金铸件的充型过程及凝固过程进行了模拟为基础 , 对常规铸造、低压铸造和传统挤压铸造机进分析 , 为镁合金压铸件模具设计及预测缺陷位置提供行的改造为挤压铸造技术的推广做出了贡献〔13〕。了理论指导 , 有效地提高了镁合金压铸件质量及降低模具设计成本。3 镁合金熔体保护5 结束语镁及镁合金的气体保护熔炼技术是目前生产高纯度、高品质镁合金的技术关键。20 多年前 , 在熔炼随着镁合金压铸件的广泛应用 , 提高其压铸性能镁和镁合金时采用 SF6 做保护气体 , 是当时镁工业界和抗高温蠕变性能已成为当前重要的研究课题。我国最大的进步。因为它消除了以前使用 SO2 和熔剂熔的稀土资源丰富 , 稀土镁合金的性能优良 , 开发具有炼所产生的大多数问题。但到了 1990 年 , SF6 和类中国特色的压铸稀土镁合金 , 提高其抗高温蠕变性似物的高温室效应 (是 CO2 的 24 000 倍 , 并能在大能 , 具有重要意义。气中长期存在 3 200 年) 迫使镁工业用户必须寻找技压铸是镁合金最主要的成形工艺 , 为了进一步提术上可行 , 经济、环保的替代保护气体。寻找 SF6 的高镁合金零件的的质量及扩大镁合金的应用领域 , 应替代保护气体是目前镁工业界的一个重要课题。积极开展一些新的成形工艺方法 (如真空压铸、超低华北工学院的研究人员〔14〕在论述镁合金熔体气速压铸、挤压铸造、半固态铸造等成形方法) 的基础铸造熊守美等: 镁合金成形技术研究进展·23 ·研究工作。镁合金成形技术对工艺过程提出了更高的四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 ,要求 , 采用数值模拟技术可以优化成形工艺 (模具设2004. 35 - 39〔9〕 许音 , 彭有根 , 杨晶. 直流电磁泵低压铸造系统工艺参数测定计) , 控制模具热平衡 , 提高产品质量和降低废品率。〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 84 - 88参考文献:〔10〕 刘云 , 杨晶 , 党惊知. 磁铁结构参数对电磁泵磁场强度的影响〔1〕 刘海峰 , 佟国栋 , 侯骏 , 等. 含稀土抗蠕变压铸镁合金的开发〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 103 - 108出版社 , 2004. 145 - 155〔11〕 李博文. 新一代触变成形机特点〔A〕. 第四届中国国际压铸会〔2〕 申健 , 洪成森 , 李锋 , 等. 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