兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (6): 2054-2064.doi: 10.12382/bgxb.2023.0105
韩瑞1, 李晓鹏1,2,*(), 彭勇1, 闫德俊2, 王克鸿1
收稿日期:
2023-02-20
上线日期:
2023-06-27
通讯作者:
基金资助:
HAN Rui1, LI Xiaopeng1,2,*(), PENG Yong1, YAN Dejun2, WANG Kehong1
Received:
2023-02-20
Online:
2023-06-27
摘要:
采用SiC颗粒增强铝基复合材料替代铝合金制造舰船船体或装甲车体,是解决当前舰船、装甲机动性和防护性二元矛盾的潜在途径。在实际应用过程中因为供货渠道不同,此材料存在不同的状态,这对材料焊接会产生较大的影响。对不同供货状态的SiCp/2024Al复合材料进行激光焊接,对比热挤压前后材料的焊缝成形情况,分析热挤压工艺对焊缝成形以及焊缝接头的物相和显微组织的影响;通过显微硬度,拉伸等力学性能测试,分析复合材料的断裂行为并确定其断裂机理。试验结果表明:热压烧结的SiCp/2024Al复合材料激光焊缝中存在大量的气孔缺陷,接头的最高抗拉强度为76MPa,仅达到母材强度的28%,焊接后材料强度下降严重;采用热挤压后的复合材料进行激光焊接,焊缝完整,无气孔缺陷,接头没有出现明显的低硬度区域,接头的抗拉强度达到124MPa,相比于热挤压前的材料焊接接头抗拉强度上升60%;相较于热压烧结的材料,热挤压后的材料焊接性明显增强,接头力学性能有明显的提升。
中图分类号:
韩瑞, 李晓鹏, 彭勇, 闫德俊, 王克鸿. SiCp/2024Al复合材料热挤压对激光焊接接头组织性能的影响[J]. 兵工学报, 2024, 45(6): 2054-2064.
HAN Rui, LI Xiaopeng, PENG Yong, YAN Dejun, WANG Kehong. Effect of Hot Extrusion of SiCp/2024Al Composites on Microstructure and Properties of Laser Welded Joint[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(6): 2054-2064.
供货状态 | 密度/ (kg·m-3) | 弹性模量/ GPa | 抗拉强度/ MPa | 屈服强度/ MPa | 延伸率/% | 热导率/ (W·m-1·K-1) | 热膨胀系数/ K |
---|---|---|---|---|---|---|---|
热烧结态 | 2800 | 103 | 270 | 140 | 5 | 146 | 1.74×10-5 |
热挤压态 | 2830 | 102 | 456 | 339 | 3.7 | 171 | 1.14×10-5 |
表1 热挤压前后20% SiCp/2024Al的性能
Table 1 Physical properties of 20% SiCp/2024Al components before and after hot extrusion
供货状态 | 密度/ (kg·m-3) | 弹性模量/ GPa | 抗拉强度/ MPa | 屈服强度/ MPa | 延伸率/% | 热导率/ (W·m-1·K-1) | 热膨胀系数/ K |
---|---|---|---|---|---|---|---|
热烧结态 | 2800 | 103 | 270 | 140 | 5 | 146 | 1.74×10-5 |
热挤压态 | 2830 | 102 | 456 | 339 | 3.7 | 171 | 1.14×10-5 |
点 | C | O | Al | Si | Cu | |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 11.06 | 1.84 | 73.06 | 10.83 | 3.21 | |
2 | 44.63 | 2.79 | 43.92 | 8.39 | 0.27 | |
3 | 24.71 | 11.25 | 55.32 | 7.57 | 1.16 | |
4 | — | — | 2.24 | 97.76 | — | |
5 | 11.59 | 6.57 | 55.02 | 1.93 | 24.89 | |
6 | 54.25 | — | 0.42 | 45.32 | — |
表3 焊缝区点能谱
Table 3 Energy spectrum of weld zone points %
点 | C | O | Al | Si | Cu | |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 11.06 | 1.84 | 73.06 | 10.83 | 3.21 | |
2 | 44.63 | 2.79 | 43.92 | 8.39 | 0.27 | |
3 | 24.71 | 11.25 | 55.32 | 7.57 | 1.16 | |
4 | — | — | 2.24 | 97.76 | — | |
5 | 11.59 | 6.57 | 55.02 | 1.93 | 24.89 | |
6 | 54.25 | — | 0.42 | 45.32 | — |
序号 | 功率/ W | 焊接速度/ (m·s-1) | 抗拉强 度/MPa | 屈服强 度/MPa | 延伸 率/% |
---|---|---|---|---|---|
热烧结态母材 | — | — | 270 | 140 | 5 |
热挤压态母材 | — | — | 456 | 339 | 3.7 |
1 | 900 | 0.01 | 21 | 1 | 0.5 |
2 | 950 | 0.01 | 13 | 3 | 1 |
3 | 1000 | 0.01 | 16 | 15 | 0.5 |
4 | 2200 | 0.02 | 124 | 110 | 3 |
5 | 2400 | 0.02 | 92 | 83 | 3.5 |
6 | 2200 | 0.018 | 106 | 96 | 2 |
表4 不同参数的焊缝接头及母材的拉伸试验结果
Table 4 Tensile test results of base metal and welded joints with different parameters
序号 | 功率/ W | 焊接速度/ (m·s-1) | 抗拉强 度/MPa | 屈服强 度/MPa | 延伸 率/% |
---|---|---|---|---|---|
热烧结态母材 | — | — | 270 | 140 | 5 |
热挤压态母材 | — | — | 456 | 339 | 3.7 |
1 | 900 | 0.01 | 21 | 1 | 0.5 |
2 | 950 | 0.01 | 13 | 3 | 1 |
3 | 1000 | 0.01 | 16 | 15 | 0.5 |
4 | 2200 | 0.02 | 124 | 110 | 3 |
5 | 2400 | 0.02 | 92 | 83 | 3.5 |
6 | 2200 | 0.018 | 106 | 96 | 2 |
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