汽车电池壳用3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究

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铝合金是汽车轻量化研究领域的重要材料之一,3003铝合金是Al-Mn系不可热处理强化铝合金,因其比强度高、导热性能优良、耐腐蚀性好等优点,被广泛用于生产汽车零部件。目前,对于3003铝合金搅拌摩擦焊及焊后动态拉伸性能的研究较少,没有较准确的本构模型对其在高应变速率下的力学性能进行预测描述。因此,本文选择不同焊接工艺参数对3003铝合金进行搅拌摩擦焊,并系统研究板材及不同焊接参数(800-200和1000-300)的铝合金在应变速率10-3 s-1~10~3 s-1的力学性能,建立了吻合度较高的Johnson-Cook本构模型。利用偏光显微镜、电子背散射衍射技术、扫描电子显微镜、能谱仪等实验设备和技术,对3003铝合金的晶粒尺寸、微观织构组分演变进行分析,借助万能拉伸试验机、高速拉伸试验机和硬度计研究接头的各力学性能变化规律。得出的主要研究结果如下:(1)各焊接参数下所得的焊接接头的宏观形貌相类似,均呈盆形。焊核区晶粒尺寸较细小,且随着焊接热输入量的增加,晶粒尺寸增大。各焊接参数下焊核区主要存在A、(?)、(?)、B织构,几乎不含有A2*和A1*织构类型。前进侧和后退侧热机影响区含有较多的A2*和A1*。800-200焊接参数下的WD-TD面接头中心区域织构存在周期性变化B/(?)织构-A/(?)织构-C织构-B/(?)织构。(2)接头横截面的硬度分布呈盆型,中间层硬度最低。准静态拉伸下,接头的抗拉强度随着前进速度的增加和旋转速度的降低而略微升高,断裂均发生在热机影响区附近。3003铝合金中的第二相粒子的化学成分为Fe-Mn-Al,在焊核区呈圆颗粒状均匀分布,在前进侧和后退侧,第二相颗粒多沿着晶界分布,呈流线状分布。(3)3003铝合金和800-200和1000-300焊接参数下的铝合金动态拉伸呈现明显的弹塑性形变特征,材料的抗拉强度和延伸率随着应变速率的增加而增大,但强化效果并不明显。综合应变和应变速率的双重影响,修正J-C本构模型,更好地对实验结果进行拟合。应变能密度随着与应变速率呈正相关,表明3003铝合金具有较好的碰撞吸能性。3003铝合金在不同应变速率下均为韧性断裂。高应变速率下韧窝密度提高,韧窝变大且深,对应的塑性和韧性优良。
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