DP600与DC54D焊点宏微观结构、力学性能及连接机理研究

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随着汽车工业的快速发展,人们对汽车安全性、乘用舒适性和环保性等提出了越来越高的要求,对制造技术的发展及新材料的应用也提出了严峻的挑战。汽车轻量化技术的发展为实现节能减排、可持续发展开辟了途径。双相钢较低的屈强比、高的初始加工硬化率、良好的强度和塑性配合等优点,成为汽车轻量化首选高强钢钢种之一。超低碳的无间隙原子钢DC54D凭借优异的超深冲压性能,在汽车覆盖件中占据了重要的地位。双相钢与超低碳钢板的组合使用,极好地满足了汽车对减重、安全、节能、环保和耐蚀性等的要求。同时,电阻点焊是白车身生产中应用最为广泛的连接方式。因此,对DP600与DC54D的焊点进行研究,对实际生产具有重要的理论和指导意义。  本研究主要内容包括:⑴采用电阻点焊的方法,以1.6mm DP600双相钢和1.0 mm DC54D超低碳钢板为研究对象,对DP600和DC54D焊点的宏/微观结构、连接机理、力学性能及失效行为进行了研究。研究主要包括以下几个方面:焊接电流、焊接时间和电极压力对DP600(1.6)和 DC54D(1.0)焊点宏观性能、焊点显微组织演变、不同区域显微组织特征及力学性能的影响;DP600与DC54D点焊过程中,熔核形成及连接机理研究;DP600与DC54D焊点载荷作用下的失效破坏行为及断裂机制。⑵正交试验得出,点焊工艺参数为焊接电流I=9 kA,焊接时间T=14 cycles,电极压力F=2.6 kN时,焊点具有较高的力学性能。利用控制变量的方法,分别研究了不同点焊参数对熔核直径,焊点压下量和焊点微观组织的影响。研究发现:随着焊接电流,焊接时间和电极压力的增加,熔核直径均先增加后减小,但是飞溅发生时,熔核直径和压下量均减小,导致拉伸剪切强度的降低。⑶根据焊接热循环的作用,焊点显微组织可以分为:熔核区(FZ),热影响区(HAZ)和母材区(BM)。熔核区组织为粗大的板条马氏体。根据显微组织的不同,DP600热影响区可以分为三个亚区:粗晶区,细晶区和两相区。熔核区组织由粗大的板条马氏体组成,热影响区粗晶区显微组织为粗大的块状马氏体晶粒,细晶区为细小的马氏体组织,两相区为细小的马氏体晶粒混合着铁素体晶粒,母材区显微组织为铁素体基体上分布着颗粒状的马氏体组织;DC54D热影响区为粗化的铁素体晶粒,而DC54D母材为等轴的铁素体晶粒。⑷在DP600与DC54D点焊过程中,对其熔核形成及连接机理进行研究发现:当焊接时间较短时,焊接热输入较小母材未熔化,但是由于电极头循环水的散热作用,对角线方向具有最快的散热速度,形成“蝴蝶型”的热影响区,显微组织为细小的马氏体组织;当焊接时间为4 cycles时,母材熔化形成熔核区,但是由于熔核偏移的作用,B-4的熔核形状类似蝶形。当焊接时间增加到14 cycles时,三种搭接方式焊点区域为“狗骨头”形,熔核区为“面包条”形。熔核区组织为粗大的板条马氏体,而且在电极压力的作用下,焊点处的锌元素被挤向四周。⑸通过对DC54D(1.0)/DC54D(1.0)和DP600(1.6)/DP600(1.6)焊点载荷作用下的失效破坏行为及断裂机制对比分析发现:DP600(1.6)/DC54D(1.0)拉伸剪切失效模式为典型的界面断裂,在拉伸剪切试验断裂过程中,焊点显微组织没有发生变化,断裂在两板针状缺口处发生,沿着熔核与DC54D热影响区的边缘扩展;DP600/DC54D(1.6/1.0)母材撕裂失效模式:随着拉伸位移的增加,焊点一侧DC54D热影响区和母材区发生弯曲变形,由于DP600强度较高未发生变形,另一侧板变薄。当变形达到一定临界值时,弯曲处由于加工硬化不再发生变形,断裂在另一侧缩颈处发生。晶粒取向由断裂前的<111>方向转变为<101>方向,而且晶粒被拉长到70-80μm左右,变形量高达200-300%。
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