【摘 要】
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近年来对环境的保护以及可持续发展,已经成为目前全世界人民的共识。汽车轻量化就是在确保汽车强度和安全的基础上,尽可能降低汽车重量,达到提高汽车的动力性、减小能耗和降低污染的目的。淬火配分(Qquenching and Partitioning,Q&P)钢因具有良好的强度和塑性匹配和优异的撞击能量吸收能力及成形性能,被认为是轻量化汽车用钢的发展方向。焊接是汽车制造的重要工艺之一,在汽车车身和零部件的制
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目:TRIP/TWIP先进高强钢搅拌摩擦焊接基础(52034005);
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近年来对环境的保护以及可持续发展,已经成为目前全世界人民的共识。汽车轻量化就是在确保汽车强度和安全的基础上,尽可能降低汽车重量,达到提高汽车的动力性、减小能耗和降低污染的目的。淬火配分(Qquenching and Partitioning,Q&P)钢因具有良好的强度和塑性匹配和优异的撞击能量吸收能力及成形性能,被认为是轻量化汽车用钢的发展方向。焊接是汽车制造的重要工艺之一,在汽车车身和零部件的制造中都发挥着不可替代的作用。随着汽车工业的发展,传统的焊接方法存在气孔缺陷、元素烧损、热裂纹和组织偏析等问题,因此有必要寻找一种新的焊接方式,来满足小型化、轻量化的焊接要求。搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding,FSW)作为一种高效、节能、环保的新型固相焊接技术,其具有焊接温度低,可有效避免熔化焊的凝固组织缺陷,同时,也可以促使组织细化、均匀化和致密化,以保证接头具有良好的组织和性能。本文通过FSW对Q&P钢进行了焊接。通过光学显微分析、X射线衍射分析、扫描电子显微分析及电子背散射衍射技术对Q&P钢FSW接头显微组织进行表征,并结合其组织特征对焊接接头进行显微硬度、拉伸性能以及疲劳性能进行了测试,研究了焊接参数对Q&P钢显微组织、拉伸性能的影响以及FSW对其疲劳性能的影响。主要研究结论如下:在100 mm/min的焊接速度下,对比转速400 rpm和600 rpm的组织性能可知:相对较低的转速更有利于残余奥氏体的保留,以及晶粒的细化,且转速为400 rpm时接头的延伸率最好,达到了10%。此外,高转速的接头SZ与TMAZ显微组织具有相对较高的马氏体组织,表现出更高的显微硬度值;低转速条件下接头SZ与TMAZ晶粒细化程度更高,且接头整体具有更高的残余奥氏体含量。HAZ受热影响产生了软化现象,成为接头力学性能薄弱区,转速越高软化现象越显著。在400 rpm的焊接转速下,对比焊速50 mm/min和600 mm/min的组织性能可知:相比于低焊速,高焊速接头中残余奥氏体含量更更多,进一步说明热输入对焊接接头显微组织的影响较大,且当提高焊速到600 mm/min时延伸率达到15.3%,获得强塑性良好的焊接接头。另外,HAZ残余奥氏体分解过程中生成碳化物颗粒,少量的碳化物颗粒生成对接头强度有类似于第二相强化的效果,提高接头的力学性能。FSW焊接接头的疲劳实验表明:与Q&P钢母材相对比焊接接头具有相似的疲劳极限,均为560 MPa。通过扫描电镜的观察得知Q&P钢的疲劳裂纹萌生于试样表面,裂纹扩展区为脆性断裂,瞬断区为韧性断裂。在循环载荷下,残余奥氏体的稳定性对材料的疲劳性能有显著的影响,且在高应力条件下残余奥氏体更容易发生相变,进一步导致材料的疲劳性能降低。此外,通过断口分析还可以得到晶间裂纹是疲劳试验中疲劳裂纹萌生的主要机制。
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