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CMT法30CrMnSi钢板表面熔覆CuSi3工艺研究

作　者: 姜晓飞
导　师: 冯吉才；何鹏
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: CMT技术熔覆界面区组织熔覆区组织数值模拟
分类号: TG179
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 148次
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内容摘要

针对铜熔覆层在航空航天领域及兵器制造业的应用,本文利用CMT技术在30CrMnSi钢板表面熔覆CuSi3。在分析熔覆工艺参数对温度场影响的基础上,主要对界面区组织、熔覆区组织及其形成机理、熔覆区稀释率以及接头力学性能进行了系统的研究。通过分析焊接传热过程,采用焊后熔覆层几何参数建立实体模型,利用高斯面热源和弓形柱体热源结合的复合热源作为热源模型,运用用户子程序,模拟了不同工艺参数下的焊接温度场。研究结果表明:随着送丝速度的增加或焊接速度的减小,熔覆金属及基体所达到的最高温度升高,熔覆金属冷却速率变慢,凝固时的温度梯度变小,基体熔化量增多。计算结果的验证采用焊接热循环曲线对比与基体熔化区域对比相结合的方法,计算结果与实验结果吻合良好。通过扫描电镜、能谱分析和X-射线衍射等方法对界面区和熔覆区进行了分析,利用数值模拟结果探讨了熔覆区组织的形成机理。结果表明:界面区由Fe3Si化合物、α-Fe及ε-Cu组成,随着送丝速度的增大,熔覆区硅铁化合物相被α-Fe固溶体取代,熔覆区晶粒形态由胞状树枝晶向树枝晶、等轴晶转变;随着焊接速度的降低,熔覆区Fe 3 Si化合物变为Fe2Si化合物,晶体形态由树枝晶过渡到胞状树枝晶。熔覆层金属较快的冷却速率导致液态金属发生Fe-Cu液相分离,从而形成富Fe颗粒相,随送丝速度的增大,球状富Fe颗粒相的半径增大,数量先增多后减少。利用基体熔化面积计算了熔覆金属稀释率,对接头进行了剪切试验,结果表明,熔覆层稀释率及接头抗剪强度均随热输入的增大而增大,热输入较小时,稀释率低于1%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 选题意义  9
  1.2 CMT技术的发展及应用概况  9-11
  1.3 钢与铜及铜合金钎焊研究现状  11-14
  1.4 钢表面熔覆铜及其合金研究现状  14-16
  1.5 本课题主要研究内容  16-17
第2章试验材料、设备与方法  17-20
  2.1 试验材料及试件加工  17
  2.2 试验设备  17
  2.3 试验过程  17-18
    2.3.1 试件表面处理  17-18
    2.3.2 焊接工艺参数  18
    2.3.3 施焊  18
  2.4 焊接接头的性能测试  18-19
  2.5 焊接接头显微组织观察和相组成分析  19-20
    2.5.1 金相显微组织观察  19
    2.5.2 断口形貌SEM观察、能谱及断口XRD分析  19-20
第3章 CMT法30CrMnSi钢板表面熔覆CuSi3 温度场模拟  20-35
  3.1 焊接温度场数值模拟  20-23
    3.1.1 焊接模型的建立  20-21
    3.1.2 焊接热输入模型  21-22
    3.1.3 边界条件及初始条件的确定  22
    3.1.4 温度场计算的网格划分  22-23
    3.1.5 材料物理参数的确定  23
  3.2 焊接温度场模拟结果与分析  23-33
    3.2.1 焊接温度场分布特点  23-27
    3.2.2 工艺参数变化对温度场的影响  27-33
  3.3 计算结果的验证  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第4 章 CMT法30CrMnSi钢板表面熔覆CuSi3 接头组织分析  35-53
  4.1 焊接接头表面成形及宏观形貌分析  35-38
    4.1.1 送丝速度对表面成形及接头形貌的影响  35-36
    4.1.2 焊接速度对表面成形及接头形貌的影响  36-38
  4.2 焊接接头缺陷及其成因和预防  38-39
  4.3 接头热影响区组织分析  39-40
  4.4 接头界面区组织分析  40-44
    4.4.1 送丝速度对界面区组织的影响  40-43
    4.4.2 焊接速度对界面区组织的影响  43-44
  4.5 熔覆区组织分析  44-48
    4.5.1 送丝速度对熔覆区组织的影响  44-47
    4.5.2 焊接速度对熔覆区组织的影响  47-48
  4.6 熔覆区组织形成机理  48-52
  4.7 本章小结  52-53
第5章熔覆层稀释率及接头性能分析  53-59
  5.1 熔覆层稀释率分析  53-54
  5.2 接头抗剪强度及其影响因素  54-55
  5.3 接头断口形貌及断裂部位分析  55-58
  5.4 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-65
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  65
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  65-66
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  66-67
致谢  67

CMT法30CrMnSi钢板表面熔覆CuSi3工艺研究

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