镁/钢无匙孔搅拌摩擦点焊结合方式研究

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轻量化在汽车发展中受到越来越多的关注,它也成为了汽车发展的新趋势。而镁及镁合金是目前可应用的最轻的结构材料,它的高比强度、比刚度和可回收利用等特点都是人们关注的焦点。钢则是目前应用最广泛的材料,所以镁和钢的焊接已成为国内外共同关注并且急需解决的问题。  镁和钢的熔点差异非常大,镁的熔点为650℃,钢的熔点约为1500℃,而镁的沸点为1107℃,所以这两种金属很难同时达到熔融态。同时,镁在铁中的固溶度几乎为零。基于以上原因,传统的熔焊方法很难实现镁/钢的焊接。而搅拌摩擦点焊可以实现镁/钢异种金属的连接。  本文采用自行研制的搅拌针可回抽式搅拌摩擦焊机,用2mm厚的AZ31B镁合金和纯镁分别与1mm厚的DP600镀锌钢板和未镀锌钢板进行搭接试验。基于本课题组的研究结果表明,镁/钢无匙孔搅拌磨擦点焊接头结合方式为机械结合和冶金结合共同作用,为了确定镁/钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头的两种结合方式的作用,本试验采用真空扩散焊试验与其对比,选择真空扩散焊搭接面积与无匙孔搅拌摩擦点焊接头连接面积相同的材料进行试验。并对四组材料的两种焊接方法下的接头进行显微组织、力学性能等分析。  镁/钢接头机械结合分析表明:(1)钢侧的金属呈“钉子状”嵌入到镁侧基体中,在钢和镁的界面处,钢和镁呈锯齿状相互咬合,一部分镁在搅拌针的剧烈搅动作用下被搅入到钢基体中,镁和钢机械结合现象明显;而真空扩散焊接头,镁和钢的界面处基本平滑无变化状态,无机械结合现象。(2)无匙孔搅拌摩擦点焊接头抗剪切强度明显优于真空扩散焊接头抗剪切强度。  镁/钢接头冶金结合分析表明:四组材料试验中,相同材料的无匙孔搅拌摩擦点焊接头和真空扩散焊接头扩散程度大致相同,具有相同的冶金结合作用。(1)AZ31B镁合金/DP600镀锌钢界面生成Mg、Al、Zn、Fe等元素间的金属间化合物及氧化物。(2)AZ31B镁合金/未镀锌钢界面主要为Al、Mg等元素间的化合物和氧化物。(3)纯镁/DP600镀锌钢界面主要化合物为Mg、Zn等元素间的化合物和氧化物。(4)纯镁/未镀锌钢界面无化合物生成。(5)镁/钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头结合方式以机械结合为主,Zn、Al等元素对接头冶金结合有一定的作用。
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